Возникновение жизни на Земле

Возникновение и развитие жизни на Земле

План

• 1. Особенности живых систем
• 2. Биосинтез
• 3. Структура и функции белков
• 4. Структурные уровни живого
• 5. Возникновение жизни на Земле
• 6. Развитие органического мира

Литература

• 1.Горбачев В.В., Безденежных В.М. Концепции современного естествознания – М.: Экономистъ, 2004. 2.Макаров В.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: изд.-во НПО «МОДЕК», 2003.
• 3.Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Изд. 2-е, испр. – М.: ЛОГОС, 2003.
• 4.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Справочник М.: Высшая школа, 2004.
• 5.Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа - М; ИНФРА – М, 2003.

Вопрос 1.Особенности живых систем

• Нет сомнения, что неживая природа породила живую, которая проявляет себя в разнообразных формах.
• Характерные черты живого:

- обмен веществ, энергии, информации

- подвижность

- рост, развитие

- самовоспроизводство

- приспособляемость

• Каждое из перечисленных свойств может по отдельности встречаться в неживой природе, но в живой природе они сочетаются.

Специфические свойства живого

• Обмен веществ – это обмен веществом, энергией и информацией между организмом и окружающей средой.
• Отбор и синтез нужных для организма веществ называется ассимиляцией.
• Распад отработанных веществ и выведение их из организма называется диссимиляцией.

• Система воспроизводства материальных основ жизни.
• В любом организме содержится закодированная информация для его воспроизведения и развития.
• Главная роль при этом принадлежит - дезоксирибонуклеиновой кислоте ДНК , носителю генетической информации.
• Рибонуклеиновая кислота – РНК осуществляет передачу от мест ее хранения к местам синтеза белков.

В состав живого организма входят:

Вода – 75-85%

Белки-10-20%

Углеводы - 0,2-2%

Жиры – 1-5%

Нуклеиновые кислоты (РНК+ДНК) –1-2%

Неорганические вещества – 1-1,5%

Вопрос 2. Биосинтез

• Образование молекул белков в клетках из аминокислот называется биосинтез.
• Он осуществляется на особых клеточных структурах – рибосомах (на ЭПС).
• Биосинтез состоит из 2-х этапов:

• транскрипция- синтез РНК на одной из цепей ДНК в ядре клетки;
• Трансляция – перевод инф. РНК в последовательность аминокислот на рибосоме.

Структура ДНК

• ДНК и РКН- нуклеиновые кислоты (нуклеос – ядро).
• Визуально ДНК видны в ядре в виде Х-образных структур – хромосом.
• В организме человека в соматических клетках – 23 пары – 46 хромосом :

- 22 аутосомы (формирование соматических признаков;

• 1 пара – половые хромосомы.

Определение пола

• Специфические половые клетки, которые определяют развитие будущего организма называются гаметами.
• Женская половая клетка называется яйцеклетка, содержит только Х- хромосому;
• Мужская половая клетка – сперматозоид, содержит Х- или У-хромосому.
• Пол будущей особи определяется в момент слияния половых клеток и зависит от мужской гаметы:

• ХХ – женский тип развития
• ХУ мужской тип развития

Строение ДНК и РНК

• Двойная спираль
• В состав ДНК входят:
• 1. 4 азотистых основания

• Одиночная спираль
• В состав РНК входят:
• 1 . 4 азотистых основания:
• А-аденин; Г-гуанин;

А-аденин; Г-гуанин;

Ц- цитозин; Т – тимин

Ц- цитозин; У- урацил.

• 2. Дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4 –

• 2. Рибоза – С 5 Н 10 О 5 пятиуглеродный сахар
• 3. Остаток фосфорной кислоты

пятиуглеродный сахар, но без одной молекулы кислорода

• 3. Остаток фосфорной кислоты .
• Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые состоят из одного азотистого основания (рибозы или дезоксирибозы) и остатков фосфорной кислоты

Модель молекулы ДНК

• Молекула похожа на двойную спираль, модель предложена в 1953 г. амер.биохимиком Уотсоном и анг. биофизиком Криком (Нобелевская премия 1962 г.).
• Нуклеотиды соединяются в двойную спираль при помощи ковалентных связей по принципу комплиментарности:
• А-Т Т-А
• Ц-Г Г-Ц
• В ДНК информация кодируется последовательностью нуклеотидов;
• Сочетание нуклеотидов расположенных в молекуле ДНК и несущих информацию о их структуре, носит название генетического кода.

Суть транскрипции

• Закодированная в ДНК информация считывается инф. РНК (идет ее построение).
• Считывание происходит в соответствии с принципом комплиментарности
• Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (кодоном):

ДНК РНК

А-Т А

Т-А У

Г-Ц Г

Ц-Г Ц

• Генетический код универсален для всех живых организмов, триплетен, однозначен ( кодирует 1 а/к)

Суть трансляции

• Перевод информации, записанной на инф. РНК в последовательность аминокислот.
• Процесс протекает на рибосомах. Здесь непосредственно протекает процесс синтеза белков.
• Транспортные РНК приносят аминокислоты на рибосомы, которые подбираются в соответствии с кодом.
• Сборка одной молекулы из 200-300 аминокислот идет 2-3 минуты.
• Процесс чрезвычайно энергоёмкий!

Вопрос 3. Структура и функции белков

• Белки - важнейшая составляющая всех живых систем.
• Жизнь – есть способ существования белковых тел…
• По своей структуре белки относятся к биополимерам, в состав белков входит 20 аминокислот;
• Аминокислоты относятся к карбоксильным кислотам, содержащим аминогруппу.
• Аминокислоты соединяются между собой с помощью пептидной связи.

Образование молекулы белка при помощи пептидной связи

Функции белков

• Строительная – по процентному содержанию веществ в клетке занимают второе место и определяют белковую природу живого;
• Ферментативная –создают и разрушают сигнальные молекулы, ответственные за регуляцию жизненных процессов;
• Регуляторная – белки-гормоны регулируют жизненно-важные процессы:рост, развитие, размножение, обмен веществ.
• Защитная функция - белки-иммуноглобулины.
• Двигательная функция – входят в состав мышц и обеспечивают из сокращение.

Вопрос 4. Структурные уровни живого

• Биосферный уровень – включает всю совокупность живых организмов Земли +неживая природа;
• Уровень биоценозов - это состав живых и неживых компонентов, представляющий единый природный комплекс – экосистему;
• Популяционно-видовой – образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного вида, обитающими на определенном ареале;
• Организменный уровень – отражает признаки отдельных особей ( строение, физиологию, поведение);
• Клеточный уровень – отражает процессы специализации клеток;
• Молекулярный уровень – осуществление механизмов генной информации.

Функциональной и структурной единицей жизни является клетка

• Основные положение клеточной теории

(зоолог Томас Шван, биолог Маттиас Шлейден )

• Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни; все живые организмы состоят из клеток;
• Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению, функциям;
• Новые клетки образуются при делении исходных.

Все существующие живые организмы делят на прокариоты – не имеющие оформленного ядра (бактерии, с/з водоросли) и эукариоты - имеющие морфологически оформленное ядро (птицы,звери, рыбы).

Вопрос 5. Возникновение жизни на Земле.

• 1. Креационизм – божественное сотворение живого (религиозная);
• 2.Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни (Аристотель - черви из почвы);
• 3. Концепция стационарного состояния – жизнь существовала всегда;
• 4. Концепция панспермии – внеземное происхождение жизни (на землю занесена из Космоса);
• 5. Концепция происхождения жизни на Земле в результате эволюционных процессов, подчиняющихся физическим, химическим и биологическим законам.

А.И.Опарин «Происхождение жизни» 1924

• Создал первую научную модель происхождения жизни.
• Происхождение жизни – результат длительной эволюции, протекающей на Земле, сначала – химической (абиогенный синтез), затем – биологической (биогенный синтез органических соединений).

Условия на планете, необходимые для происхождения жизни

• Для становления жизни на планете необходим углерод (способен образовывать различные соединения);
• Наличие элементов-органогенов (С,Н,О,Р, S , N ),
• Наличие Н 2 О;
• Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях:

Температура, давление, радиация, возраст Земли, направленность развития Вселенной;

• Взаимное удаление галактик (ослабляет электромагнитное излучение);
• Определенный возраст Вселенной, т.к. углерод синтезирован в звездах лишь несколько млн. лет назад

Этапы эволюции жизни на Земле

1. Возраст Земли – 4.6 млрд. лет, Земля – золотая середина Солнечной системы.

2. Первичная атмосфера состояла из водорода, метана, аммиака – восстановительная среда: только в ней могли зародиться органические соединения.

3. Возникновению жизни предшествовал длительный период химической эволюции, когда образовались органические соединения и протоклетки.

4. Среда образования – океан, энергия – солнечная радиация.

5. Необходимая концентрация биополимеров достигалась путем их осаждения на субстрате.

6. Шел процесс отбора соединений, наиболее приспособленных к выживанию.

7. Вокруг органических соединений образовывались микросферы (коацерваты).

8. Появление примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей стабильность.

9. В коацерват включалась молекула, способная к самовоспроизводству.

10. Начало жизни – появление белков и нуклеиновых кислот.

11. Появление клетки–структурной и функциональной единицы жизни, главного отличия живого от неживого.

12. Ферменты способствовали увеличению скорости эволюционных процессов.

Вопрос 6. Развитие органического мира

• Всю историю развития Земли делят на эры:
• Катархей - 4,6-3,5 млрд.- до зарождения жизни
• Архей – 3,5-2,6 млрд. – древнейшая эра
• Протерозой – 2,6 млрд.-570 млн.лет
• Палеозой - 570-230 млн. лет
• периоды ( кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, пермь)
• Мезозой – 260-67 млн. лет
• периоды (триас, юра, мел)
• Кайнозой – 67 млн. лет до нашего времени
• периоды (палеоген, неоген, четвертичный период…)

Важнейшие арофорфозы- усложнение строения и функций организмов, дающее им преимущества в процессе эволюции.

• 3 млрд.лет назад- появление прокариотов.
• 2 млрд.лет назад- появление эукариотов.
• 1 млрд. лет назад – появление первых многоклеточных.
• 1 млрд. лет назад – выбор растительного или животного образа жизни: появление автотрофов и гетеротрофов.
• Появление автотрофов способствовало появлению вторичной атмосферы Земли (О 2 ).
• Появление озона и озоновой оболочки снизило влияние Солнца на планету.

• 900 млн.лет назад – появление полового размножения (видовое разнообразие, ускорение темпов эволюции, отбор).
• 700-800млн. лет - дифференциация тела у многоклеточных организмов.
• 600 млн. лет назад- выход растений и животных на сушу.
• 500 млн. лет- появление первых организмов, имеющих скелет, появление плотоядных.
• В меловой период произошло появление семенных растений (размножение не зависит от запаса воды).
• В юрский период- появление млекопитающих и их дальнейший расцвет в кайнозое.
• Кайнозой – появление человека.

Выводы

• Эволюционные процессы в мире и на Земле носят направленный характер от простых к сложным формам организации материи.
• Современное естествознание рассматривает все возможные гипотезы возникновения жизни на Земле, однако научной признается теория А.И.Опарина.
• Главными отличительными чертами живых организмов признается обмен веществ, энергии и информации организмов со средой и способность к самовоспроизводству.
• Эволюция живого на Земле теоретически и эмпирически обоснована: вся история Земли распределена на эры, периоды, эпохи, века.

Вопросы для размышления

• Можно ли вирусы считать первыми живыми организмами, ведь их строение самое примитивное?
• Почему стадный образ жизни способствовал развитию индивидуальных свойств личности у приматов и вел к потере индивидуальности у насекомых?
• Что такое общественный характер сосуществования?
• Почему на современном этапе невозможно возникновение жизни?