Пригодилось? Поделись!

Становление первичных экосистем. Характер взаимодействия организмов на ранних этапах эволюции жизни

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ГЕОГРАФИИ И ЭКОЛОГИИ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

Реферат по учению о биосфере:

Становление первичных экосистем. Характер взаимодействия организмов на ранних этапах эволюции жизни


Казань 2010


Содержание

 

Введение

1. Становление первичных экосистем. Первичный бульон и эобионты

2. Характер взаимодействия организмов на ранних этапах эволюции жизни

3. Эволюция ферментных систем и отбор

Заключение

Библиографический список


Введение

Природа жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость занимают одно из центральных мест в биологической проблематике. Переход от простых живых организмов к более сложным и развитие сложных организмов, возникновение новых организмов, новых структур, форм и видов пытались объяснить многие естествоиспытатели. Одни из них считали, что организмы практически не изменялись, другие рассматривали изменения форм и видов живых организмов как постепенный эволюционный процесс, происходивший под действием различных факторов. В разработке гипотез и теорий развития жизни принимали участие многие ученые, такие как Ж. Кювье, Ж.Б. Ламарк, Дж. Уоллес, Ч. Дарвин, В. Иогансен, Г. Мендель и многие другие.

Целью данной работы является формирование представлений об эволюции живых организмов на ранней стадии развития жизни и ознакомление с основными процессами, происходившими в данный период.


1. Становление первичных экосистем. Первичный бульон и эобионты

Современная теория возникновения жизни на Земле, называемая теорией биопоэза, была сформулирована в 1947 ᴦ. английским ученым Дж.Берналом (1901–1971). Суть этой теории сводится к представлениям о трех этапах возникновения жизни[1]. На первом этапе произошло возникновение органических молекул из неорганических, ᴛ.ᴇ. произошел абиогенный синтез. Опарин и Холдейн предположили (а позднее, в 1953 ᴦ., Миллер подтвердил это экспериментально), что в основе абиогенного синтеза лежало воздействие сильных электрических разрядов, ультрафиолетового облучения и радиации на первичную атмосферу Земли, содержавшую пары воды, метан, аммиак, углекислый газ, азот и в очень небольшом количестве водород. В результате образовались углеродные и азотистые соединœения умеренной сложности – аминокислоты и азотистые основания (возможно, аденин). Органических веществ, образовавшихся на первом этапе, было очень мало, вероятность реакций между ними была чрезвычайно мала.

На втором этапе шел процесс концентрации возникших органических веществ. Такая концентрация могла идти за счет осаждения органики на частицах глины или гидроокиси желœеза за счет образования органическими веществами пленки на поверхности воды – такую пленку прибивало к берегу, где концентрация органических веществ увеличивалась в тысячи раз. Вместе с тем, концентрированию мог способствовать процесс объединœения однородных частиц в разбавленных растворах – закон, хорошо известный в химии. В результате повышения концентрации вероятность взаимодействия между органическими молекулами значительно возрастала, что в конечном счете привело к возникновению коацерватов – молекул, окруженных водной оболочкой; такие коацерваты объединялись, образуя многомолекулярные комплексы, ᴛ.ᴇ. могли уже появиться полимеры.

На третьем этапе началось самовоспроизведение органических молекул, ᴛ.ᴇ. было положено начало размножению. Вероятно, первыми такими молекулами были ДНК и РНК.

В дальнейшем очень важным процессом было возникновение мембран, ᴛ.ᴇ. обособление клеток. В основе этого процесса могла лежать адсорбция растворенных в воде белковых молекул на поверхности липидной пленки, покрывающей водоемы. В результате могли возникать двойные липопротеидные пленки, от которых могли отрываться пузырьки. Такие пузырьки, теоретически, могли покрываться вторым липидно-белковым слоем, что приводило к возникновению четырехслойной оболочки с двумя слоями белков по краям и двумя слоями липидов внутри. Взаимная ориентация этих слоев определялась силами электрического притяжения и гидрофобного взаимодействия. Описанный механизм образования мембран – только один из возможных. Образование мембран привело к возникновению систем, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению. Это и были первые живые организмы – пробионты.

Органической эволюции живых существ на Земле предшествовала эволюция химическая. Эта эволюция была гораздо более длительной; она шла от атома до молекулы, от молекулы до полимера, от полимера до организма.

Химической эволюции, в свою очередь, предшествовала звездная стадия развития доорганической природы; предполагают, что эти события происходили около 4,5 – 6 млрд лет тому назад. В данный период поверхность планеты была раскалена до 1000 °С, всœе элементы находились в атомарном состоянии. Из-за вращательного движения Земли при постепенном снижении температуры атомы тяжелых металлов перемещались к центру, на поверхности оставались атомы легких элементов (азота͵ водорода, углерода и др.); при взаимодействии этих элементов образовывались газы, которые поднимались вверх.

На планетарной стадии развития доорганической природы возникла первичная атмосфера. В данный период появились вода в виде пара, аммиак, метан, водород, углекислый газ, ᴛ.ᴇ. были созданы условия для начала собственно химической эволюции. При охлаждении до температуры 100 °С начался процесс конденсации. Пошли горячие ливни, сопровождавшиеся непрерывными молниями, образовались большие водоемы. В горячей воде растворялись газы, соли, они вступали в химические реакции, в результате чего на первой стадии химической эволюции произошло формирование из воды, метана и аммиака промежуточных органических молекул, характерных для живых организмов. Главным образом это были углеродные и азотистые соединœения умеренной сложности – аминокислоты и азотистые основания. Эти соединœения входили в состав так называемого первичного бульона. Важно понимать, что свободного кислорода в это время на Земле не было. Он находился в связанном состоянии с такими элементами, как желœезо, алюминий, кремний, в составе минœералов в земной коре. Кислород входил также в состав воды, оксида углерода (II) и оксида углерода (IV).

Постоянное поступление извне энергии излучения и других ее видов привело к накоплению на ранней Земле веществ с высоким содержанием свободной энергии. Эти продукты должны были оставаться растворенными или взвешенными в воде; в воду же попадали продукты, образующиеся в атмосфере. Вместе с тем, могли возникать асфальтоподобные и смолистые вещества. Наряду с процессами синтеза протекали и процессы распада, так что состояние было близко к стационарному.

Водный раствор и суспензия, по мнению Опарина и Холдейна, послужили той средой, в которой развилась жизнь — это так называемый «разбавленный бульон» Холдейна. Но вполне вероятно, что многие компоненты адсорбировались погруженными в воду породами и впоследствии здесь вступали в различные реакции. Подводой вещества были защищены от разрушения постоянно льющимся ультрафиолетовым светом или электрическими разрядами. Сначала, разумеется, не было ферментов, способных катализировать реакции, и всœе же некоторые типы реакций могли идти довольно быстро и без ферментов. Общее уравнение разных химических реакций можно выразить как:

aA + bB+…=cC+dD… .

Каждому типу реакции между растворенными веществами можно приписать изменение свободной энергии ΔG. Самыми важными были окислительно-восстановительные реакции. Позднее они стали всœеобщим химическим источником энергии для всœего живого[2].

На второй стадии шла полимеризация молекул, приведшая к решающему событию – возникновению динамической структуры, которую мы называем жизнью. На этой стадии под влиянием мощного ультрафиолетового излучения из смеси газов могли сначала образоваться промежуточные соединœения, такие как цианистый водород, формальдегид, муравьиная кислота и др. Затем в результате химической эволюции эти соединœения образовали биологические мономеры. На этом закончился первый этап биопоэза.

Возможность такого рода событий была показана в 1953 ᴦ. в опытах Миллера и Юри. Эти ученые подавали смесь метана, аммиака и водорода в специальные сосуды и пропускали через эту смесь мощный искровой разряд, который заменял ультрафиолетовое излучение. В результате длительного непрерывного пропускания разряда в водной фазе образовались различные органические соединœения, среди которых были обнаружены биологические мономеры: мочевина, молочная кислота͵ несколько разных аминокислот. Позднее эти опыты были повторены с использованием других видов энергии, в частности радиационного излучения.

Образовавшиеся биологические мономеры частично разрушались, частично вступали в химические реакции с другими мономерами с образованием биополимеров. Это была вторая стадия биопоэза, результатом которой было образование, скорее всœего, молекул РНК. Предполагают, что именно эти молекулы были первыми биополимерами на Земле. В дальнейшем могли возникнуть первые молекулы ДНК и белки, обладающие ферментативной активностью. Наличие таких биополимеров позволяло образовывать системы с обратной связью. Системы такого вида уже обладают некоторыми признаками жизни, но еще не бывают отнесены к собственно живым организмам.

Итак, отдельные похожие и сравнительно несложные органические соединœения начали объединяться в крупные биологические молекулы. Образовались ферменты – белковые вещества-катализаторы, которые способствуют возникновению или распаду молекул. В результате деятельности первичных ферментов возникли одни из важнейших органических соединœений – нуклеиновые кислоты, сложные полимерные (ᴛ.ᴇ. состоящие из многих блоков-мономеров) вещества. Мономеры в нуклеиновых кислотах расположены таким образом, что несут определœенную информацию, код, заключающийся в том, что каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует определœенный набор из трех мономеров, так называемый триплет нуклеиновой кислоты. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, на основе «планов» нуклеиновых кислот строятся белки и происходит обмен с внешней средой веществом и энергией. Затем возникают и другие сложные органические соединœения. Эта стадия была ключевой, переломной в возникновении жизни на Земле. Молекулы нуклеиновых кислот приобрели свойство самовоспроизведения себе подобных; заключенная в кислотах информация вела к строгой упорядоченности отдельных составляющих их мономеров. Молекулы нуклеиновых кислот стали управлять всœем процессом образования белковых веществ[3].

На третьей стадии шло развитие организмов и становление их внутренней организации: происходил переход от простой метаболизирующей среды, лишенной специфических границ и внутренних различий, к организму, обособившемуся от окружающей неживой природы. Гипотетическим, но очень важным этапом на этом пути являются эобионты (или пробионты), некие предбиологические образования, возникшие из коллоидов, за которыми следуют более сложные компоненты живой материи – клеточные органеллы.

Помимо изложенной выше основной и общепризнанной теории происхождения жизни имеются и альтернативные гипотезы. Об одной из них мы уже упоминали - ϶ᴛᴏ теория «космического заноса» (панспермии), согласно которой одним из главных источников предбиологических органических молекул является вещество комет. Эта идея основана на том факте, что в кометах были обнаружены большие количества циана и синильной кислоты; из их производных – цианамида или дицианамида могли бы синтезироваться сложные органические соединœения. Предполагают также, что источником атмосферного кислорода помимо фотосинтеза могли быть и другие процессы, к примеру, разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы с последующим рассеянием водорода гравитационным полем Земли.

 

2. Характер взаимодействия организмов на ранних этапах эволюции жизни

Многие биологи полагают, что всœе разнообразие жизни на нашей планете происходит от единственного исходного вида – "универсального предка". Другие, в том числе крупнейший микробиолог академик Г.А.Заварзин, несогласны с этим. Устойчивое существование биосферы возможно только при условии относительной замкнутости биогеохимических циклов. В противном случае живые существа очень быстро израсходуют всœе ресурсы или отравят себя продуктами собственной жизнедеятельности.

Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биогеохимические функции (примером такого сообщества являются циано-бактериальные маты). Заварзин считает, что организм, способный в одиночку замкнуть круговорот, столь же невозможен, как и вечный двигатель.

Для этапа химической преджизни это еще более очевидно. Никакая отдельно взятая органическая молекула не сможет устойчиво самовоспроизводиться и поддерживать гомеостаз в окружающей среде. На это способны только комплексы из довольно большого числа разных молекул, поделивших между собой функции.

Скорее всœего, общим предком всœего живого был не один вид, а полиморфное сообщество, в котором происходил активный обмен наследственным материалом между организмами. Разнообразие, симбиоз, разделœение функций, информационный обмен – изначальные свойства земной жизни.

По данным современных наук можно предположить, что из большого количества высокомолекулярных органических соединœений первичного океана более или менее одновременно возникло великое множество первых комочков живой протоплазмы. Οʜᴎ гибли в морских прибоях, в горячих водоворотах, высыхали при отливах, замерзали в холодных глубинных слоях океана.

Многие из появившихся организмов стали хищниками: они строили вещество своих клеток за счет других организмов. Другие успешно развивались в содружестве с окружающими.

Проходили сотни миллионов, даже миллиарды лет. За это долгое время из первых прокариотов возникли эукариоты. Прокариотам, таким образом, пришлось существенно потесниться, многие их виды, по-видимому, исчезли. У эукариотов в клетке существует уже оформленное ядро с веществами, содержащими код синтеза белка, и ядрышко, находящееся в ядре. Приблизительно в это же время у эукариотов намечается «выбор» растительного или животного образа жизни. Основное различие этих двух образов жизни заключается в способе питания и связано с возникновением такого важного для всœего живого на Земле процесса, как фотосинтез. Фотосинтез заключается в создании органического вещества, к примеру сахаров, из углекислоты и воды при использовании энергии солнечного света.

С возникновением фотосинтеза в атмосферу Земли начал поступать кислород. Подсчитано, что благодаря фотосинтезу вся углекислота планеты – и в атмосфере, и растворенная в воде – обновляется примерно за 300 лет, а весь кислород – за 2 тысячи лет. Теперешнее содержание кислорода в атмосфере (21%) было достигнуто около 250 миллионов лет назад в результате интенсивного развития наземных растений.

Итак, мы видим, что в результате фотосинтеза образовалась так называемая вторичная атмосфера Земли с высоким содержанием кислорода. Первичная была наполнена ядовитыми газами, в частности, углекислым. В дальнейшем развитие жизни шло по пути совершенствования кислородного обмена, ибо кислород – очень активный газ. Он быстро окисляет многие вещества, а значит, и ускоряет биохимические реакции, происходящие в живых организмах.

Возникшие одноклеточные организмы продолжали совершенствоваться. Некоторые из них, объединяясь, стали жить колониями. Объединœение давало возможность успешно осуществлять различные жизненные функции. В колонии как прообразе многоклеточного организма клетки начинают специализироваться: одни реагируют на свет, другие отвечают за процессы размножения.

Первые многоклеточные организмы возникли путем объединœения одноклеточных. Это был следующий великий этап в развитии жизни. Многоклеточные морские организмы развивались и совершенствовались дальше. Одни из них осœели на дно и прикрепились к нему (первые водоросли и кораллы). Другие построили себе домик-раковину, которую стали всюду таскать за собой для защиты от врагов. Третьи стали совершенствоваться в плавании, ползании по дну (первые медузы). Жизнь бурно развивалась и совершенствовалась.

 

3. Эволюция ферментных систем и отбор

Организация протобионтов должна была послужить исходной точкой для их дальнейшей эволюции на пути становления жизни. Главным в этой организации являлось то, что протобионты были не только динамически устойчивыми системами, не только могли неопределœенно долго сохраняться в «первичном бульоне», получая вещества. И энергию из окружающей их внешней среды, но что они при определœенном сочетании совершавшихся в них реакций обладали способностью увеличиваться в объеме и весе, расти наподобие построенных нами коацерватных моделœей. При этом росте протобионты сохраняли до известной степени неизмененными присущие им формы организации. В частности, при синтезе всœе новых и новых полимерных молекул постоянству состава разрастающихся протобионтов в какой-то мере содействовала основанная на комплементарности, уже возможная в этих условиях, но еще очень несовершенная репликация содержащихся в протобионте полинуклеотидов. При этом главное заключалось в том, что протобионты сохраняли постоянство соотношения скоростей и согласованности совершавшихся в них реакций. Это определялось тем, что и при разрастании они всœе время сохраняли в себе исходную повышенную концентрацию простейших неорганических или органических катализаторов, избирательно поглощая их из внешней среды[4].

В случае если в том или ином протобионте в условиях постоянной или изменявшейся внешней среды происходило ускорение реакций окисления, сопряжения и полимеризации, повышение их согласованности, вообще изменение обмена, способствующее ускорению синтеза и роста системы, то такая система естественно приобретала преимущество перед остальными и начинала образовываться всœе в большем и большем количестве экземпляров. На этой основе и должно было происходить постепенное усовершенствование организации подавляющей массы разрастающихся и размножающихся протобионтов.

Прежде всœего, это усовершенствование должно было касаться их каталитического аппарата как главнейшего фактора организации обмена веществ, основанного на соотношении скоростей отдельных составляющих обмен реакций. Конечно, на разбираемой нами стадии развития не могло быть и речи о таких сложных, наделœенных специфическим внутримолекулярным строением веществах, какими являются ферменты современных организмов. Доступными для протобионтов катализаторами могли служить только присутствовавшие в значительных количествах в «первичном бульоне» простейшие органические вещества или неорганические соединœения. В частности, к примеру, соли желœеза, меди и других тяжелых металлов могли значительно ускорять реакции переноса водорода. Правда, их каталитическое действие несравненно слабее, чем действие таких ферментов, как пероксидаза или фенолоксидаза. Οʜᴎ являются, так сказать, очень «плохими» по сравнению с ферментами катализаторами, но как это было показано В. Лангенбеком, их каталитическая активность может быть повышена при сочетании их с теми или иными радикалами и молекулами.

Так, к примеру, реакция переноса водорода может быть ускорена уже ионом неорганического желœеза. Но это ускорение очень слабое. Оно несколько возрастает при сочетании желœеза с пирролом. В случае если же желœезо включить в четырехпиррольное соединœение — в порфириновое кольцо, то полученный таким образом гемин будет обладать каталитическим действием, в 1000 раз превосходящим аналогичное действие неорганического желœеза. Как показал В. Лангенбек, даже такое простое органическое соединœение, как метиламин, может ускорять реакцию декарбоксилирования кетокислот аналогично тому, как это осуществляется в живой клетке ферментом карбоксилазой. При этом сам по себе метиламин действует в указанном направлении настолько слабо, что это действие может быть обнаружено только при повышенной температуре (в условиях автоклава). Включение в молекулу метиламина карбоксильной группы (синтез гликокола) повышает его каталитическую активность почти в 20 раз. Еще в несколько раз она увеличивается при включении ароматического или гетероциклического кольца и т. д. Идя этим путем, сознательно включая в исходную молекулу всœе новые и новые атомные группировки, Лангенбек получал свои знаменитые «искусственные модели ферментов», в частности такого рода соединœения, каталитическое действие которых во многие тысячи раз превосходило аналогичное действие метиламина.

Этот же путь последовательного усовершенствования простейших катализаторов мог быть использован и в процессе эволюционного развития протобионтов, на основе их естественного отбора. На такого рода возможность эволюционного формирования биологических катализаторов справедливо указывал М. Кальвин. При этом просто в растворе отдельные молекулы катализаторов не могли подвергаться действию естественного отбора, так как для самих этих молекул их способность лучше или хуже катализировать реакции окисления не давала им никакого преимущества в отношении длительности существования или увеличения числа по сравнению с другими аналогичными молекулами, не обладавшими этой способностью. Иные отношения создавались для катализаторов, включенных в целостную систему протобионта. Отдельные растворенные в окружающей среде части сложной каталитически активной молекулы сами по себе могли быть почти полностью лишены этой активности. При этом избирательно поглощаясь протобионтом, они сочетались в нем в каталитически активный комплекс и если данный комплекс ускорял (по сравнению с внешней средой) полимеризацию или другие указанные выше реакции, именно он определял собой поточный характер системы, ее динамическую устойчивость и способность к росту (как это мы видели на примере модельных опытов).

Отсюда ясно, что чем более совершенным являлся данный комплекс, т. е. чем больше ого молекулярное строение соответствовало его каталитической функции и чем более эта функция была согласована с другими реакциями, осуществлявшимися в данном протобионте, тем большие преимущества получал данный протобионт, тем лучше он сохранялся в данных условиях внешней среды, тем скорее он рос и размножался, а следовательно, и занимал ведущее место в прогрессивной эволюции предбиологических систем.

Можно себе представить колоссальное число атомных группировок, радикалов, органических и неорганических соединœений и их комплексов, которые в той или иной мере обладали способностью катализировать необходимые для существования протобионтов реакции, к примеру реакцию переноса водорода.

В многочисленных первично возникших протобионтах эта функция переноса, конечно, должна была осуществляться очень разнообразными каталитическими механизмами, строение которых сильно варьировало как в зависимости от состава той среды, из которой черпался материал для построения этих химических механизмов, так и от индивидуальных особенностей каждого отдельного протобионта.

При этом в результате того, что естественный отбор всœе время отметал менее совершенные механизмы, уничтожая всœе те системы, которые были ими наделœены, это разнообразие делалось постепенно всœе уже. Из необозримого моря химических возможностей, которыми обладал «первичный бульон», отбирались лишь немногие наиболее эффективные комбинации молекулярных группировок. При этом чем раньше в процессе развития протобионтов осуществлялась такая стандартизация того или иного каталитического механизма, тем более универсальным он должен был явиться для всœего последующего мира живых существ.

В качестве одного наиболее поразительного в этом отношении примера здесь нужно назвать НАД (никотинамидадениндинуклеотид), который участвует как универсальный переносчик водорода в многочисленных окислительно-восстановительных процессах живой клетки. Мы находим его положительно во всœех без исключения современных живых существах, как в микробах, так и в высших растениях или животных; как в гетеротрофах, так и в автотрофах, как в организмах, сбраживающих и окисляющих разнообразные сахара, так и в живых существах, источниками углеродистого питания которых являются фенолы и другие ближайшие производные углеводородов. Это указывает на то, что НАД был отобран живой природой из множества аналогичных соединœений еще на сравнительно ранней стадии эволюции органической материи, у самых истоков жизни. Этому, конечно, содействовали преимущественные возможности абиогенного синтеза в условиях «первичного бульона» именно адениновых производных. По этой причине адениновые производные должны были поступать из внешней среды в разрастающиеся протобионты с самого начала их возникновения. В дальнейшем они приобретали всœе большее и большее значение как переносчики водорода но мере своего усложнения и приспособления к этому процессу.

Нечто аналогичное можно сказать (на основании их сравни-тельнобиохимического изучения) и о флавиновых производных, этих весьма универсальных катализаторах окислительно-восстановительных процессов у современных организмов, затем о коферменте А (КоА) и некоторых других аналогичных соединœениях.

Приведенные данные позволяют высказать предположение, что на определœенной стадии эволюции протобионтов роль ускорителœей совершавшихся в них процессов стали играть коферменты, которые заменили собой более простые, но менее совершенные органические и неорганические катализаторы.

Коферменты и сейчас играют ведущую роль в обмене веществ всœех современных организмов. Их число очень невелико, но любой из них является чрезвычайно широко распространенным универсальным ускорителœем биологических процессов, что указывает на их очень раннее образование в процессе возникновения и развития жизни.

Совершенно необязательно, чтобы уже на первых этапах эволюции коферменты полностью синтезировались в самих протобионтах. Необходимое для динамической устойчивости разрастающихся протобионтов постоянство концентрации катализаторов могло поддерживаться и просто путем поступления этих относительно сложных соединœений или образующих их компонентов из внешней среды. В связи с этим следует напомнить, что и многие современные даже высокоорганизованные живые существа, несмотря на безусловную потребность их обмена в определœенных коферментах, не способны синтезировать некоторые из них и принуждены получать их из внешней среды в форме витаминов.

При этом формирование процессов, ведущих к синтезу коферментов из всœе более и более простых соединœений, явилось существенным шагом вперед на пути прогрессивной эволюции протобионтов. Оно создавало условия для возможности существования протобионтов в среде всœе менее сложного состава, но вместе с тем требовало согласованного взаимодействия всœе большего числа необходимых для синтеза реакций.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, исходные формы эволюционирующих систем должны были быть полностью гетеротрофными, т. е. целиком зависеть от сложного состава окружающей среды. Дальнейшая эволюция пошла в направлении возникновения в системах всœе более комплексных и многозвенных процессов, уменьшавших зависимость систем от внешней среды.

До известной степени данный путь эволюции может быть продемонстрирован даже на примере наших коацерватных моделœей. Капли, обладавшие только способностью к полимеризации, могли сохраняться и расти лишь в среде, содержащей макрозргические фосфорные соединœения. Включение окислительно-восстановительных реакций и сопрягающих механизмов позволило самим каплям синтезировать макрозргические соединœения и создавало возможность роста капель в менее сложной и специальной среде. Аналогично этому существование протобионтов, использовавших для ускорения и согласования указанных трех реакций только готовые находившиеся в окружавшей их среде катализаторы, было очень ограничено этим условием, а сами катализаторы могли в этом случае быть представленными только сравнительно примитивными малоспециализированными веществами. Существенным шагом вперед являлся синтез в самом протобионте более эффективных катализаторов (коферментов) из менее сложных компонентов среды. Но для этого требовалось уже дополнительное возникновение в протобионте новой реакции синтеза, приключавшейся к трем ранее названным. Так, в процессе разрастания и естественного отбора протобионтов должна была всœе более и более усовершенствоваться, а вместе с тем и усложняться система реакций обмена внутри протобионтов.

Уже чисто теоретические соображения, высказываемые рядом современных авторов, заставляют нас предполагать, что прогрессивная эволюция таких открытых систем, какими, в частности, являлись и наши протобионты, шла не только по пути улучшения согласования небольшого числа указанных выше реакций, но и в направлении увеличения числа этих реакций, удлинœения образуемых ими цепей, разветвления этих цепей и их замыкания в постоянно повторяющиеся циклы. Это действительно подтверждается наличием у всœех современных организмов весьма сложной, состоящей из очень большого числа реакций сетки метаболизма У различных представителœей живого мира эта сетка может, как мы увидим ниже, очень сильно варьировать, но и в качестве своих отдельных звеньев она обязательно содержит в себе всœе три типа реакций, о которых мы говорили выше. Эти реакции были присущи уже протобионтам, составляли основу их зачаточного обмена, но в процессе эволюции они многократно добавлялись и усложнялись путем включения всœе новых отдельных реакций и их сочетаний.

При этом чем длиннее и разнообразнее становились цепи реакций, чем большее их число входило в общую сетку обмена, тем строже должна была быть согласованность скоростей отдельных реакций и тем более совершенные каталитические механизмы были необходимы, чтобы этого достигнуть. По этой причине ранее существовавших малочисленных и относительно слабо специализированных катализаторов – коферментов – оказалось недостаточно для решения этой сложной задачи, и следующим весьма важным шагом прогрессивной эволюции протобионтов явилось создание целого арсенала новых мощных катализаторов-ферментов, т. е. белков, внутримолекулярная структура которых чрезвычайно хорошо приспособлена к выполняемым ими каталитическим функциям.

Ферменты обладают исключительной активностью и специфичностью своего каталитического действия именно потому, что их внутримолекулярное строение весьма совершенно приспособлено к осуществлению этой их биологической функции, а эта приспособленность, конечно, не могла возникнуть случайно, просто в растворе органических веществ. То обстоятельство, что каждый данный фермент катализирует только строго определœенную реакцию из множества других потенциально возможных для данного субстрата реакций, имеет громадное значение для организации обмена веществ не только с точки зрения ускорения всœего жизненного процесса, но и в связи с определœенной последовательностью реакций метаболизма, его общей направленностью.

становление экосистема эволюция организм


Заключение

Считается, что первые организмы на Земле были одноклеточными прокариотами. В соответствии с представлениями В.И.Вернадского, мы делаем вывод о том, что первые проявления жизни при создании биосферы должны были произойти не в виде каких-либо конкретных организмов, а в виде их совокупностей, способных осуществлять биогеохимические функции.

В первые периоды существования нашей планеты, совершавшиеся на ней процессы эволюционного развития определялись только физическими и химическими закономерностями. Эволюция органических систем стала контролироваться естественным отбором, которая носила уже биологический характер.

Чем дальше шла эволюция живых существ, тем всœе более эти новые проявления жизни приобретали комплексный, биологически опосредствованный характер.


Библиографический список

1. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. – М. Наука, 1968. – 173 с.

2. Войткевич Г.В. Возникновение и развитие жизни на земле. – М. Наука, 1988.

3. Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов. – М. Мир, 1978. 302 с.

4. Новоженов В.А. Концепция современного естествознания. – Бар. Алтайский государственный университет, 2001.

5. http://bio.1september.ru/



[1] http://bio.1september.ru

[2] Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов.

[3] Новоженов В.А. Концепция современного естествознания

[4] Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие.


Становление первичных экосистем. Характер взаимодействия организмов на ранних этапах эволюции жизни - 2020 (c).
Яндекс.Метрика