Структурные уровни живого и этапы его эволюции

Аутогенная  гипотеза предполагает, что эукариотическая клетка возникла путем дифференциации прокариотической клетки. Произошло это в результате развития мембранного комплекса. Вначале образовалась наружная клеточная мембрана с выпячиванием внутрь клетки, затем из нее сформировались отдельные структуры, давшие начало клеточным органоидам. В рамках этой гипотезы невозможно указать, о 5 какой именно группы прокариот возникли эукариоты.

Американский  микробиолог Линн Маргулис недавно  предложила иную гипотезу, получившую название симбиотической теории. В основание симбиотической гипотезы положены новые открытия: обнаружение у пластид и митохондрий внеядерной ДНК и способность этих органелл к самостоятельному делению. В соответствии с предположением Л. Маргулис эукариотическая клетка возникла вследствие нескольких актов симбиогенеза. Первоначально произошло объединение крупной амебовидной прокариотной клетки с мелкими аэробными бактериями, которые превратились в митохондрии. Затем эта клетка включила в себя спирохетоподобные бактерии, из которых сформировались кипетосомы, центросомы и жгутики. После обособления ядра в цитоплазме, что является признаком эукариот, клетка с этим набором органелл оказалась исходной для образования царств грибов и животных. А объединение прокариотной клетки с цианеями привело к образованию пластидной клетки и это дало начало формированию царства растений. Сегодня гипотеза Л. Маргулис разделяется не всеми. Многие ученые придерживаются аутогенной гипотезы, которая более соответствует дарвиновским принципам усложнения организации в ходе прогрессивной эволюции.

Крупным шагом эволюции стало возникновение  у организмов фотосинтезирующей способности.

Около 3 млрд лет назад обеднение среды  органическими азотистыми соединениями вызвало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот.

Такими  организмами являются фотосинтезирущие азот-фиксирующие сине-зеленые водоросли, способные существовать в среде, полностью лишенной органических соединений. Эти организмы осуществляли аэробный фотосинтез и были устойчивы к продуцируемому ими кислороду.

Первоначально возник фотосинтез, в котором источником атомов водорода для восстановления углекислого газа был сероводород. Подобный фотосинтез осуществляют современные зеленые и пурпурные серые бактерии. В дальнейшем появился более сложный двухстадийный фотосинтез, при котором атомы водорода извлекаются из молекул воды. Фотосинтезирующая деятельность одноклеточных организмов оказала огромное влияние на всю дальнейшую эволюцию живого на Земле. Фотосинтез освободил организмы от борьбы за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых значительно сокращалось. Автотрофное питание, развившееся посредством фотосинтеза, а также запас готовых питательных веществ в растительных тканях стали условиями для появления огромного разнообразия организмов.

При помощи фотосинтеза произошло насыщение  атмосферы кислородом в количествах, достаточных для возникновения и развития организмов, у которых энергетический обмен основан на процессе дыхания. Появление значительной концентрации кислорода привело к образованию в верхней части атмосферы озонного слоя, защищавшего жизнь на Земле от губительного воздействия излучения из космоса.

Эволюция  одноклеточных организмов шла по пути усложнения строения организма, совершенствования генетического аппарата и способов размножения.

Самой примитивной ступенью была агамная  прокариотная стадия. Морфология организмов на этой стадии наиболее проста, и, тем не менее, уже здесь появляется дифференциация на цитоплазму, ядерные элементы, базальные ядра, цитоплазматическую мембрану.

Для следующей  ступени (агамной эукариотной) характерно дальнейшее усложнение внутреннего строения с (формированием высокоспециализированных органоидов: мембраны, ядра, цитоплазмы, рибосом, митохондрий и др.). Основным здесь является совершенствование ядра образование настоящих хромосом, тогда как у прокариотных клеток наследственное вещество распределено по всей клетке. Прогрессивным усложнением развития простейших стало возникновение полового размножения (гамогомная ступень). В ходе эволюции происходит переход к разделению генеративных клеток на женские и мужские, а также переход к начальной стадии размножения путем перекрестного оплодотворения. 

3. ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ЖИВЫХ СИСТЕМ 

Следующей после одноклеточных ступенью эволюции стало возникновение и совершенствование многоклеточного организма.

На промежуточной  стадии между одноклеточными организмами  и примитивными многоклеточными организмами возникли колониальные одноклеточные системы. При дальнейшем развитии произошла специализация клеток членов колонии по принципy разделения на: осуществляющие функции питания и движения (жгутики) и служащие для размножения (генеративные). Последующая специализация потребовала образования центра координации; то есть нервного центра, возникает хорошо выраженная централизованная нервная система. Одновременно совершенствуются способы полового размножения: переход к внутреннему оплодотворению у растений и живорождению у животных.

Для животных конечным этапом эволюции многоклеточной организации стало появление организмов с поведением «разумного типа» и в финале - возникновение человека.

Всех  многоклеточных подразделяют на три  царства: грибы, растения и животные. Об эволюции грибов известно очень мало, поскольку они почти не оставили палеонтологических следов. Эволюцию растений и животных можно проследить довольно подробно.

Среди основных особенностей эволюции растительного  мира можно отметить следующие:

- большинство  из первичных растений свободно  плавало в морской воде или прикреплялось ко дну;

- с образованием  почвы на поверхности суши  произошел выход растений на  сушу. В связи с прикрепленным  образом жизни на суше организм  растения обретает корень, стебель и лист, развиваются сосудистая проводящая система, защитные и опорные ткани;

возникает не зависимое от капельно-водной среды  половое размножение;

- происходит  переход от наружного оплодотворения  к внутреннему, появляется двойное  оплодотворение, зародыш обеспечивается  запасами питательных веществ;

- органы  размножения и перекрестного опыления у цветковых совершенствуются в сопряжении с эволюцией насекомых. Развивается зародышевый мешок для защиты растительного эмбриона от неблагоприятных влияний внешней среды. Возникают разнообразные способы распространения семян и плодов с помощью широкого спектра физических и биологических факторов.

История животных изучена наиболее полно. Это  объясняется тем, что они обладают скелетом и поэтому их легче исследовать по окаменелым останкам. Самые ранние следы животных имеют возраст около 700 млн лет. Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей. За всю историю животного мира возникло 35 типов, из которых 9 вымерло, а 26 существуют до сих пор. Наиболее существенные черты эволюции животного мира заключаются в следующем:

1. Прогрессивное  развитие многоклеточности и  связанная с ним специализация  тканей и всех систем органов.  Способность к перемещению (свободный  образ жизни) в значительной  степени определила совершенствование форм поведения. Наблюдалась относительная независимость индивидуального развития от колебаний факторов среды на основе развития внутренних регулирующих систем - автономизация онтогенеза (онтогенез – индивидуальное развитие).

2. Возникновение у животных твердого скелета: у позвоночных - внутреннего, у членистоногих внешнего. Такое разделение определило разные пути эволюции этих типов животных. Наружный скелет членистоногих препятствовал увеличению размеров тела, поэтому все насекомые представлены сравнительно мелкими формами. Внутренний скелет не ограничивал увеличения размеров тела у позвоночных, поэтому у динозавров размеры достигали огромных величин.

3. Появление  и совершенствование централизованно-дифференцированной  стадии организации животных (от кишечнополостных до млекопитающих). На этой стадии разделились насекомые и позвоночные. За счет развития центральной нервной системы у насекомых совершенствуются формы поведения по пути наследственного закрепления инстинктов. У позвоночных развивается головной мозг и система условных рефлексов, наблюдаются ярко выраженные тенденции к повышению средней выживаемости отдельных особей.

4. Финальной  стадией эволюции позвоночных  стало развитие группового адаптивного поведения; формирование разума как высшей формы деятельности мозга; возникновение биосоциального существа, носителя разума - человека. 

4. ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ  ЖИВОГО. 

  Представление об эволюции – постепенном развитии живых организмов от простых к сложным – оформилось ещё во времена античности. В частности, Аристотель считал, что животные эволюционируют постепенно и непрерывно. Первую целостную научную теорию эволюции – ламаркизм – создал в 1809 году Жан-Батист Ламарк, предположивший, что приобретённые признаки могут передаваться потомству. Изменения среды, по его мнению, приводят к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использования некоторых органов по-новому, возможно, с большей или с меньшей интенсивностью. Эффективность и величина этих органов изменяются; эти признаки, согласно Ламарку, передаются следующему поколению. Так, длинная шея жирафа объяснялась по Ламарку тем, что многие поколения его короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми приходилось тянуться всё выше и выше. Незначительные удлинения шеи в каждом из поколений передавались следующим поколениям, пока она не достигла нынешней длины. Исследования Вейсмана поставили крест на этой теории, однако и по сей день неоламаркисты пытаются развить отдельные стороны этого учения.

  Созданная Жоржем Кювье в 1812 году теория катастроф рассматривала земную историю как чередование сравнительно длинных эпох покоя и коротких катастрофических событий, резко преображавших лик планеты. Возникновение после катастрофы нового мира обычно связывалось с актом творения. Однако через несколько десятков лет катастрофизм уступил место теории естественного отбора, созданной Альфредом Уоллесом и Чарльзом Дарвиным. Согласно ей движущими силами эволюции являются наследственная изменчивость и естественный отбор. В противоположность Ламарку Дарвин считал, что эволюция определяет приспособление к внешнему миру, а не наоборот. Основной заслугой Дарвина было не введение понятия эволюции как такого, а объяснение механизмов этой эволюции.

  Основной  теорией эволюции XX века считается неодарвинизм (синтетическая теория эволюции), в котором взгляды Дарвина были дополнены фактами из генетики и экологии. Однако многое в эволюционной теории до сих пор остаётся неясным.

  Прямой  эксперимент по подтверждению той  или иной теории эволюции может затянуться на миллионы лет. Поэтому важное значение в эволюционном учении имеют косвенные методы:

  палеонтология;

  морфология;

  эмбриология;

  биохимия;

  биогеография;

  селекция.

  Палеонтология – это наука об ископаемых остатках животных и растений. Среди объектов интереса палеонтологии целые организмы (вмёрзшие в лёд, «мумифицированные» в смоле или асфальте), захороненные в песке и глинах скелетные структуры (кости, раковины и зубы), окаменелости (ткани организма заменяются кремнезёмом, карбонатом кальция или другими веществами), отпечатки и следы, копролиты (экскременты животных). Ранее считалось, что древние окаменелости – остатки драконов, гидр и прочих мифических существ; теперь учёные уверены, что эти кости принадлежат вымершим, но тем не менее реально существовавшим животным.

  Несмотря  на то, что с палеонтологическими находками согласуются геофизические данные и экологические соображения, одной только палеонтологии для обоснования эволюционной теории недостаточно. Этому препятствует, прежде всего, недоказуемость происхождения одних форм организмов от других, и отсутствие непрерывности в палеонтологической летописи. Впрочем, учёные готовы объяснить «недостающие звенья» тем, что далеко не все организмы погибают в условиях, благоприятных для сохранности их остатков, тем, что мёртвые организмы быстро разлагаются либо поедаются падальщиками и, наконец, тем, что не все ещё остатки найдены.

  В ряде случаев удаётся найти живущие  поныне «недостающие звенья» в летописи природы. Так, в XX веке было обнаружено промежуточное звено между рыбами и земноводными – кистепёрая рыба латимерия. Ещё один пример – онихофоры, промежуточная форма между кольчатыми червями и членистоногими.