Современные представления о возникновении жизни на земле

     Содержание 

Аннотация…………………………………………………………………….….3

Введение………………………………………………………………………….4

Современные представления о возникновении жизни на Земле…...6

Экологические системы. Энергия в экосистемах……………….…...12

Заключение………………………………………………………………...….…23

Список использованной литературы………………………………………...25 
Аннотация. 

    Проблема возникновения жизни на Земле издавна не дает покоя многим ученым. С тех пор, как человек начал задаваться вопросом, откуда произошло все живое прошло много лет, и за все это время рассматривалось множество гипотез и предположений о зарождении жизни. Религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечного существования жизни... Человечество до сих пор не может до конца разгадать эту загадку. За основную теорию возникновения жизни, тем не менее, принимается теория, предложенная А. И. Опариным в первой половине ХХ века. Она основана на предположении о химической эволюции, которая постепенно переходит к биохимической, а затем - к биологической эволюции. Образование клетки явилось сложнейшим явлением. Но оно и положило начало развитию жизни и всему ее многообразию.

    Итак, с чего же все начиналось? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

    Жизнь заполняет все уголки нашей планеты. Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, даже воздух населены живыми существами. Миллиарды лет жизнь шествует по Земле как уникальная самоорганизующаяся система. Она знала периоды расцвета, исторических испытаний и тяжелых кризисов, прежде чем достигла в наши дни своего великолепного богатства. Сегодня науке известно около 4,5 млн. видов животных и растений. Предполагается, что за всю историю жизни на Земле существовало около 4,5 млрд. видов животных и растений.

    Как же появились эти виды? Во все ли эпохи истории Земли растительный и животный мир был таким, как сейчас?

    Для науки очевидно, что современный животный и растительный мир представляет собой лишь обложку той великой книги, которую изучает палеонтология. Окаменевшие останки живших некогда существ, которые содержатся в земных пластах, записали историю своей эволюции и ее связь с изменениями окружающей среды.

    С незапамятных времен происхождение жизни было загадкой для человечества. С момента своего появления благодаря труду человек начинает выделяться среди остальных живых существ. Но способность задавать себе вопрос «откуда мы?» человек получает сравнительно недавно -- 7-8 тыс. лет назад, в начале нового каменного века (неолита). Первые примитивные формы веры в нереальные, сверхъестественные или божественные силы, существовавшие уже 35-40 тыс. лет назад, расширяются и укрепляются. Человек понимает, что он смертен, что одни рождаются, а другие умирают, что он создает орудия труда, обрабатывает землю и получает ее плоды. А что же лежит в основе всего, кто первосоздатель, кто создал землю и небо, животных и растения, воздух и воду, день и ночь, и, наконец, самого человека? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Современные представления о возникновении жизни на Земле

     По современным упрощенным модельным представлениям Земля образовалась из рассеянного газопылевого облака в результате гравитационной конденсации отдельных частиц, которые притягивались друг к другу, укрупнялись и объединялись в небесное тело.

     Под действием сил сжатия и теплоты распада радиоактивных элементов происходил разогрев ее глубоких слоев и разделение вещества Земли на несколько сфер - образовались центральное ядро, мантия, земная кора. С помощью радиоизотопного анализа установлено, что наиболее древние породы земной коры возникли 3,4--3,8 млрд. лет назад. Процесс формирования земной коры, по оценкам ученых, длился около 1 млрд. лет, так что возраст Земли составляет примерно 4,5 млрд. лет.

     Определение абсолютного возраста горных пород, следов человеческой цивилизации и в целом Земли может осуществляться методом изотопной хронологии, учитывающей накопление в изучаемом объекте продуктов распада радионуклидов. Изотопная хронология учитывает, что радиоактивный распад каждого радионуклида идет с постоянной скоростью и приводит к накоплению стабильных нуклидов, содержание которых связано с возрастом исследуемого объекта.

     По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. Это обстоятельство послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Соединения, являющиеся восстановителями, легко вступают в химические реакции, отдавая водород, и при этом сами окисляются. Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных видов энергии: радиоактивному, рентгеновскому, коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, действию высокой температуры и др.

     В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы Сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие простые органические соединения.

     Важное свойство образующихся органических молекул - способность объединяться, создавая капельки более концентрированного раствора, чем окружающая среда. Такие концентрированные капельки - коацерваты - способны поглощать из окружающего раствора различные вещества, увеличиваясь при этом в размерах. Это уже отдаленно похоже на процессы питания и роста организмов. Опытным путем установлено, что коацерватные капли взаимодействуют между собой, вещества капель вступают в реакции, а некоторые продукты реакций выделяются из коацервата во внешнюю среду. Это напоминает известный биологический процесс обмена веществ.

     В настоящее время определена основная совокупность характеристик, позволяющих отнести объект к живому организму:

* общность биогенных химических элементов (Н, С, О, Р, N, S), из которых построены биоорганические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты;

* поглощение из внешней среды необходимых для жизнедеятельности веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада;

* способность к самовоспроизведению (наследственность);1

* изменчивость;

* способность к саморегуляции (поддержание постоянства химического состава);

* клеточное строение;

* раздражимость;

* системность и дискретность (живые системы состоят из отдельных (дискретных) взаимодействующих элементов);

* иерархичность структурной организации: менее сложные уровни являются необходимой основой для возникновения более сложных уровней организации живой материи.

     Первые живые организмы в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана. Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было, организмы имели анаэробный (без кислородный) тип обмена, эффективность которого невелика. Энергию, необходимую для синтеза, они получали путем химических реакций окисления и восстановления (хемосинтез). Появление все большего количества анаэробных организмов приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу. В этих условиях в преимущественном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических, а именно из диоксида углерода СО2 и молекулярного азота N2 атмосферы. Но СО2 и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а для того, чтобы они были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, то есть передать им электроны от других соединений.

     Дальнейшим и особенно крупным усовершенствованием жизни стал кислородный фотосинтез.

     В результате появился свободный кислород, сначала в воде, а потом и в атмосфере, что привело к ее качественному изменению, в частности к появлению озонового слоя.

     Постепенное увеличение количества кислорода в воде, его диффузия в атмосферу начались около 2 млрд. лет назад. Это сделало возможным быстрое развитие клеток - структурных единиц всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации. Появление клетки в свою очередь привело к эволюции более крупных и сложных живых организмов: растений, животных, человека.

     В частности, согласно современной теории космических катастроф, Земле пришлось пережить ряд столкновений с астероидами, при которых жизнь на ней уничтожалась в результате возникновения высоких температур (до 300 °С), несовместимых с биологической точки зрения с процессом жизнедеятельности. Однако при этих условиях могут выжить некоторые термостойкие микроорганизмы (например, бактерии в глубине грунта). После таких космических ударов Земля постепенно остывала, и начинался новый эволюционный этап развития жизни, причем совершенно не обязательно по рассмотренной выше схеме.

     С другой стороны, взрывы «близлежащих» к Земле сверхновых звезд способны уничтожить или сдуть большую часть озонового слоя, и тогда на все живое обрушится поток ионизирующего излучения, что также может привести к уничтожению жизни на Земле.

     В начале 80-х годов прошлого века в пробах высотных метеозондов на высоте около 20 км обнаружены микроорганизмы, не встречающиеся на Земле. Возможность жизнедеятельности этих микроорганизмов можно объяснить наличием защитной оболочки, оберегающей их от губительного действия ионизирующего солнечного излучения. В ходе последующих космических испытаний на станции «Мир» установлено, что наиболее устойчивыми из земных бактерий являются сенные палочки, которые в комочках грунта выживали при действии электромагнитного излучения в открытом космосе, а бактерии, лишенные этой защитной оболочки, погибали. Если «защищенные» споры способны перемещаться как минимум по Солнечной системе, то, следовательно, не исключен механизм космического начала жизни на Земле. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Экологические системы. Энергия в экосистемах

     Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от акцента на той или иной ее задаче меняется и сама формулировка.

     Для «долгосрочного употребления» лучшим определением может быть, например, следующее.

     Экология (греч. oikos - дом и logos - учение) -- наука, охватывающая изучение всесторонней взаимосвязи между организмами и окружающей средой. Под всесторонней взаимосвязью обычно понимают биологический, физический, химический, социальный, экономический и другие факторы. Изначально экология - биологическая наука, поэтому мы довольно часто будем останавливаться на биологических аспектах экологии.

     Экосистема - функциональная основная единица в экологии, единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоемы), в которой живые и неживые компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии.

     Любой живой организм зависит от спектра солнечного приземного излучения, температуры, влажности окружающей среды, химического состава воздуха, пищи и других факторов. С другой стороны, свободный кислород в атмосфере появляется в результате жизнедеятельности растений, плодородный слой почвы - это сложный продукт взаимодействия климата, влаги, живых организмов с верхними слоями горных пород. Биогенное происхождение (то есть связанное с жизнедеятельностью растений, животных, микроорганизмов) имеют каменный уголь, торф, мел и др.

     В.И. Вернадский подчеркивал, что «биосфера - это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, включающая в себя все живые организмы, а также всю неживую среду их обитания, при этом между косными природными телами и живыми веществами идет непрерывный материальный и энергетический обмен, выражающийся в движении атомов, вызванном живым веществом. Этот обмен в ходе времени выражается закономерно меняющимся, непрерывно стремящимся к устойчивости равновесием». Далее в основном рассматриваются общие закономерности взаимоотношений природы и человеческого общества.

     Сегодня человеческое общество находится на пороге того этапа эволюции нашей планеты, который называют периодом ноосферы. Ноосфера представляет собой связующее звено между космосом и Землей, которое, используя приходящую на Землю энергию, трансформирует мертвое вещество, создает новые формы материального мира, ускоряя все процессы, протекающие на Земле. Появление жизни - это естественный этап развития, который ознаменовал качественное изменение эволюции Земли как космического тела.

     Переход биосферы в ноосферу предусматривает управление развитием, как общества, так и биосферы. Это должно не только исключить всякие отрицательные последствия природопользования, но и исправить те, что уже имели место. Для этого необходимы: