По теме «Начальные этапы развития жизни»

Начальные этапы биологической эволюции

Г.С.Бычкова

Формирование жизни на Земле.

• Какие организмы относятся к прокариотам,

а какие к эукариотам?

• По каким признакам возникло это деление?
• Какие вещества поглощаются в процессе

дыхания и фотосинтеза, а какие выделяются?

• Какие органоиды клеток вы знаете?
• Каковы их функции?
• Что такое гликолиз?

А. Опарин писал:

• «Путь, пройденный природой от протобионтов до наиболее примитивных бактерий … ничуть не короче, чем путь, пройденный от амёбы до человека».

Анаэробные серные пурпурные бактерии :

Сероводород сульфаты

водород диоксид углерода углеводы

Фотосинтезтирующие организмы

СО 2 + Н 2 О = О 2

2,7 млрд.лет

Синезеленые водоросли

Озон О 3

Аэробные бактерии

Гипотеза симбиоза

• В результате взаимополезного сожительства – симбиоза – различных прокариотических клеток возникли ядерные, или эукариотические, организмы
• Основной «базой» для симбиоза была, по-видимому, гетеротрофная амебоподобная клетка.

Гипотеза симбиоза

• Пищей ей служили более мелкие клетки.
• Одним из объектов питания такой клетки могли стать дышащие кислородом аэробные бактерии, способные функционировать и внутри клетки-хозяина, производя энергию.

Гипотеза симбиоза

• Те крупные амебовидные клетки, в теле которых аэробные бактерии оставались невредимыми, оказались в более выгодном положении, чем клетки, продолжавшие получать энергию анаэробным путем – брожением.
• В дальнейшем бактерии-симбионты превратились в митохондрии.

Гипотеза симбиоза

• Когда к поверхности клетки-хозяина прикрепилась вторая группа симбионтов – жгутикоподобных бактерий, сходных с современными спирохетами, возникли жгутики и реснички.
• В результате подвижность и способность к нахождению пищи такого организма резко возросли. Так возникли примитивные животные клетки – предшественники ныне живущих жгутиковых простейших.

Схема симбиотического возникновения эукариот

• Образовавшиеся подвижные эукариоты путем симбиоза с фотосинтезирующими (возможно, цианобактериями) организмами дали водоросль , или растение .

• Гипотеза о возникновении эукариотических клеток через ряд последовательных симбиозов обоснована, ее приняли многие ученые.
• Во-первых , одноклеточные водоросли и сейчас легко вступают в союз с животными-эукариотами.
• Например, в теле инфузории туфельки обитает водоросль хлорелла.
• Во-вторых , некоторые органоиды клетки, такие как митохондрии и пластиды, по строению своей ДНК удивительно похожи на прокариотические клетки – бактерии и цианобактерии.

• Возможности эукариот по использованию среды еще большие. Связано это с тем, что организмы, обладающие ядром, имеют диплоидный набор всех наследственных задатков – генов , то есть каждый из них представлен в двух вариантах. Появление двойного набора генов сделало возможным обмен копиями генов между разными организмами, принадлежащими к одному виду, – появился половой процесс .

• На рубеже архейской и протерозойской эр половой процесс привел к значительному увеличению разнообразия живых организмов благодаря созданию новых многочисленных комбинаций генов.

• Одноклеточные организмы быстро размножились на планете. Однако их возможности в освоении среды обитания ограничены.
• Они не могут и расти беспредельно.

Многоклеточные организмы

• Иной эволюционный путь осуществился позже, около 2,6 млрд лет назад, когда появились организмы, эволюционные возможности которых значительно шире, – многоклеточные организмы .

• Первая попытка разрешения вопроса о происхождении многоклеточных организмов принадлежит немецкому биологу Э. Геккелю (1874). В построении своей гипотезы он исходил из исследований эмбрионального развития ланцетника, проведенных к тому времени А. О. Ковалевским и другими зоологами.

• Основываясь на биогенетическом законе , Э. Геккель полагал, что каждая стадия онтогенеза повторяет какую-то стадию, пройденную предками данного вида во время филогенетического развития.

стадия зиготы соответствует одноклеточным предкам,

стадия бластулы – шарообразной колонии жгутиковых.

• В дальнейшем, в соответствии с этой гипотезой, произошло впячивание (инвагинация) одной из сторон шарообразной колонии (как при гаструляции у ланцетника) и образовался гипотетический двухслойный организм, названный Геккелем гастреей , поскольку он похож на гаструлу.

Э.Геккель – гипотеза

Гаструла

Бластула

Зигота

И. И. Мечников (1886) – гипотеза фагоцителлы .

• Основу современных представлений о возникновении многоклеточных организмов составляет гипотеза И. И. Мечникова (1886) – гипотеза фагоцителлы . По предположению ученого, многоклеточные произошли от колониальных простейших – жгутиковых . Пример такой организации – ныне существующие колониальные жгутиковые типа вольвокс

Вольвокс

И. И. Мечников (1886) – гипотеза фагоцителлы

Среди клеток колонии выделяются

движущие, снабженные жгутиками;

• питающие, фагоцитирующие добычу и уносящие ее внутрь колонии; энтодерма ,
• Клетки, оставшиеся снаружи, выполняли функцию восприятия внешних раздражений, защиты и функцию движения. Из подобных клеток развивалась покровная ткань – эктодерма .
• половые, функцией которых является размножение .

Схема перехода химической эволюции в биологическую

Выводы

• Таким образом, возникновение жизни на Земле носит закономерный характер, и ее появление связано с длительным процессом химической эволюции, происходившей на нашей планете.
• Формирование структуры, отграничивающей организм от окружающей среды, – мембраны с присущими ей свойствами – способствовало появлению живых организмов и ознаменовало начало биологической эволюции.
• Как простейшие живые организмы, возникшие около 3 млрд лет назад, так и более сложно устроенные в основе своей структурной организации имеют клетку.