Яблоков, Юсуфов - Эволюционное учение - 1976 (947303), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В комплексе разные методы позволяют изучать масштабы эволюционного процесса — от происхождения крупных групп до возникновения новых видов. Принципиально важно проникновение генетических идей и методов в эволюционное учение: благодаря этому возникает микро- эволюционный подход к изучению эволюции, который является центральной и наиболее разработанной частью современного эволюционного учения. Сопоставление различных подходов к изучению эволюции в Х!Х и ХХ вв. показывает, что постоянно происходит углубление всех классических методов исследования и развитие новых.
Важной современной чертой использования различных методов изучения эволюции является их взаимодополняемость: методы палеонтологии органически сочетаются не только с морфологическими нли бногеографическими, но и с биохимическими и генетическими; эмбриологические подходы естественно сочетаются не только с морфологическими, но и с физиологическими и биохимическими и т. д. Это взаимопроникновение разных методов отражает важность комплексного подхода при исследовании эволюции вообще.
Сегодяя недостаточно изучать особенности видообразования, скажем, только с позиций морфологии, физиологии или эмбриологии. Лишь комплексный подход (обязательно генетически направленный) может служить надежной основой познания процесса эволюции во всех его формах и проявлениях. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ ГЛАВА 3 Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, появились у человека в глубокой древности, В античные времена и средневековье допускалась возможность самозарождения даже млекопитающих (например, мышей нз тряпок). Зоолог Ф.
Реди в ХЧП в. экспериментально доказал невозможность самозарожде. ния сколько-нибудь сложных животных. Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л. Пастером в середине Х!Х в. 50 Отрицание возможности самозарождения жизни в .настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи. Теперь хорошо известно, что на определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естсственных процессов, совершающихся в самой материи.
Элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни. Историю возникновения и развития жизни обычно делят на предбиологичсский (абиогенный, химический) и биологический агапы. Первый этап был значительно продолжительнее. Возраст Земли исчисляется примерно в 5 млрд. лет. Жизнь существует на Земле, видимо, более 3 млрд.
лет. С возникновением жизни ее развитие пошло быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, для этапа химической эволюции при возникновении жизни на Земле потребовалось 1,5 — 2 млрд. лет, тогда как до возникновения наземных растений и животных с момента появления жизни прошло не более 500 млн. лет; птицы и млекопитающие развились от наземных позвоночных за 100 млн. лет, приматы выделились за !2 — 15 млн. лет, для становления человека потребовалось около 5 млн.
лет; эра же современной науки и техники в истории человека исчисляется в пределах 300 лет. Настоящая глава посвящена краткому описанию многообразия органического мира Земли — тем результатам эволюционного процесса, которые сейчас реально существуют в природе. При этом мы рассмотрим лишь самые крупные группы организмов и кратко охарактеризуем пути их эволюционного развития. Возникновение жизни Признаки деятельности живых организмов обнаружены много- кратко в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару. Так, в протерозойских отложениях, датируемых более 1500 млн.
лет, обнаружены синезеленые. Настоящей сенсацией стала находка в Южной Лфрике (местечко Фиг-Три) пород с деятельностью микроорганизмов, возраст которых определяется в 3 млрд. лет. Процессы, предшествовавшие возникновению жизни на Земле, несомненно, совершались на основе тех же физических и химических законов, которые действуют на Земле и ныне. Этот естественнонаучный принцип актуализма позволяет утверждать, что происхождение жизни связано с последовательным и вероятным про- 51 теканием определенных химических реакций, Физические и хнми-~ ческие свойства воды (высокий дипольный момент, вязкость, теп-1 лоемкость и т. д.) и углерода (трудность образования окислов, способность к восстановлению и образованию линейных соединений) определили то, что они оказались у колыбели жизни.
Химические и физические свойства различных атомов и молекул делали обязательными взаимодействия между ними. Говоря о возникновении жизни путем сложных химических преобразований атомов и молекул, важно иметь в виду, что эти процессы не имели единичного и неповторяемого характера, а могли протекать и, видимо, протекали в разных условиях и на разных участках поверхности Земли. Каковы же основные этапы химической эволюции жизни? Из водорода, азота и углерода прн наличии свободной энергии на Земле возникали сначала не сложные молекулы: аммиак, метан и другие углеводороды.
В дальнейшем этн несложные молекулы заносились в первичный океан и там вступали в новые связи между собой и с другпмп веществами. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы — К=С='п1 —. Эта группа таит в себе большие химические возможности к росту как за счет присоединения к атому углерода атома кислорода, так и путем реагирования с азотистым основанием. С определенного этапа химической эволюции предбиологических систем участие кислорода в этом процессе стало необходимым. В атмосфере Земли кислород накапливается путем разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца.
Большая часть водорода, образуемого прн этом, улет 'чивалась из атмосферы. Все это способствовало постепенному насыщению атмосферы Земли кислородом. Для превращения восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось, наверно, не меньше 1 — 1,2 млрд. лет. С момента насыщения атмосферы кислородом ранее образованные восстановленные соединения начали окислиться, а именно ЫН, до ХО„ СН4 — до СОз, НзБ--до ЗОз. В ряде случаев при окислении СН4 образовались метнловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота, НСООН и т. д., которые вместе с дождевой водой попадалп в первичный океан.
Этн вещества, вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам и соединениям типа аленина. В ходе таких и аналогичных им реакций воды первичного океана насыщались разнообразнымн веществами, образуя «первичный бульон», Возможность синтеза аминокислот и другях низкомолекулярных органических соединений из неорганических элементов и соединений доказана экспериментально. Так, пропуская электрические разряды через смесь газов метана и аммиака прн наличии водяного пара, удалось получить ряд таких сравнительно сложных соединений, как глицин, алании, аспарагиновая кислота, а-ампно- 5? масляная кислота, янтарная и молочная кислоты и другие низко- молекулярные органические соединения. Возможность такого синтеза была доказана в многочисленных экспериментах с использованием других соотношений исходных газов и видав источника энергии.
Эксперименты в этом направлении оказались перспективными и для выяснения происхождения других веществ. Осуществлен синтез аденина, гуанина, аденозина, аденозинмонофосфата,. аденозиндифосфата и аденозинтрифосфата. Путем реакции полимеризации из простых молекул могли быть образованы и более сложные молекулы: белки, липиды, нуклеиновые кислоты и пх производные.
Не останавливаясь на других особенностях начальных стадий эволюции жизни, заметим, что одной из наиболее важных ее ступеней следует признать объединение способности к самовоспроизведению полинуклеотидов с каталитической активностью полипептпдов. При возникновении жизни необходимо было участие как полинуклеотидов, так и полипептидов. Свойства каждого пз них нуждались в дополнении свойствами другого. Так, способность нуклеиновых кислот к конвариантной редупликации не могла быть в полной мере реализована без каталитической функции белков. К тому же синтез самих белков путем удлинения пептидной цепочки не имел бы большого успеха без передачи ему стабп.чьностн хранением о нем «информации» в нуклеиновых кислотах.
Наибольшие шансы на сохранение имели в ходе предбиологического отбора те, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению. В дальнейшем усложнении обмена веществ существенную роль должны были играть катализаторы — различные органические и неорганические вещества и пространственно-временное разобщение начальных и конечных продуктов реакции. Все это ие могло возникнуть до появления мембран. Образование мембранной структуры считается самым «трудным» этапом химической эволюции жизни.
Хотя объединением полинуклеотидов и полипептпдов в какой-то степени и была достигнута возможность самосборки самой системы, однако истинное существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры. Биологические мембраны, как известно, составляют агрегаты белков и липидов, способные разграничить вещества от среды н придать упаковке молекул прочность. Мембраны могли возникнуть.или в ходе формирования коапервагов (рис. 23), образующихся в воде при соприкосновении двух слабо взаимодействующих полимеров, или при адсорбции полимеров на поверхности глин.
Для перехода от коацерватов к истинно живому сущее~ау необходимо было не только наличие мембран, но и катализаторов химических процессов-ферментов. До этого момента способность к самовоспроизведению не обязательно могла быть связана с точной редупликацией нуклеиновых кислот. Самоудвоение их могло бы быть результатом постоянства соотношения скоростей разных реакций обмена веществ, идущих с участием коферментов — катализаторов небелковой природы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
