Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

3.Высокоорганизованная жизнь может быть только на

планетах, обращающихся вокруг достаточно старых звезд,

возраст которых насчитывает несколько миллиардов лет.

4.Звезда в течение нескольких миллиардов лет не должна

существенно менять своей светимости. И этому условию

удовлетворяет большинство интересующих нас звезд.

5.Звезда не должна быть двойной или кратной, ибо в

противном случае орбитальное движение планет было бы

существенно отлично от кругового, и резкие, если не

катастрофические, изменения температуры поверхности

планеты исключили бы возможность развития на ней жизни.

Другой, хотя и косвенный, но важный (и видимо, типичный

для любой звездной системы) путь воздействия Галактики на

происхождение и развитие жизни на Земле, — возмущающее

влияние притяжения звезд, проходящих в соседстве с Солнцем,

на кометы из "свит Солнца". На периферии Солнечной системы,

возможно, движется до 10

комет. Наша планета за свою

историю испытала, по подсчетам ученых, около сотни

столкновений с кометами; их суммарная масса могла составить

достаточно заметную величину, равную примерно 1% массы

земной атмосферы. Кометы богаты сложными химическими

соединениями, включая органические, видимо, еще

межзвездного происхождения, а также образовавшимися в

период формирования солнечной системы. Их вклад в копилку

первоначальной земной органики — основы

предбиологической эволюции — мог быть существенным.

Совокупность свойств, наблюдаемых у нашей Вселенной

(физическое состояние, химический состав, структура,

расширение и связанное с ним красное смещение в спектрах

далеких объектов), необходима для обеспечения возможности

возникновения и существования в ней жизни. Итак, во

Вселенной, естественно, возникают общие предпосылки для

появления и развития жизни. Речь может и должна идти о

жизни в тех ее рамках, в каких она известна нам. Именно

поэтому специально обращалось внимание на необходимость

для возникновения жизни предварительного образования во

Вселенной С, О, N, Р и

370

др., а также тяжелых элементов, без которых жизнь, во всяком

случае известного нам типа, совершенно немыслима. Может быть,

мы еще не заметили роли и даже существования некоторых

фундаментальных для жизни космических факторов, открытие

которых в будущем существенно изменит наши представления о

распространенности во Вселенной условий, в которых может

появиться жизнь.

ВЫВОДЫ

1.Среди известных гипотез происхождения жизни наиболее

распространены: креационизм, самопроизвольное возникновение,

вечное существование, панспермия, биохимический путь.

2.Для научного изучения происхождения жизни необходимы

прежде всего данные о физико-химических условиях на ранней

Земле. Такие данные связаны как с геологической эволюцией

планеты, так и с эволюцией химических элементов Солнечной

системы и солнечной активностью.

3. Из большого числа химических элементов для жизни

необходимы только 16, а водород, углерод, кислород и азот

составляют почти 99% живой материи. Уникальными свойствами

обладает углерод, и наша жизнь называется углеродной, или

органической. Четырехвалентность углерода приводит к огромному

числу его соединений, которыми занимается органическая химия.

Углерод образует сложные молекулы, представляющие собой

кольца и цепи, обеспечивающие разнообразие органических

соединений.

4. Аминокислоты — важный для жизни класс органических

соединений. В живых организмах они используются для синтеза

белков: растения могут синтезировать их из простых веществ, а в

животные организмы они должны поступать с пищей, поэтому их

называют незаменимыми. Из четырех нуклеотидов построены и

другие крупные молекулы — нуклеиновые кислоты, тоже входящие

в состав живой клетки. Нуклеиновые кислоты представляют собой

двухцепочечные молекулы.

5. Современные научные гипотезы происхождения жизни

связаны с образованием в определенных условиях более слож-

371

неорганизованных молекул-коагулянтов, гелей коацерватов. У этих

коллоидных образований, как считали Опарин и Холдейн, на

поверхности могут происходить процессы, напоминающие

метаболизм живых организмов. Коацерваты способны делиться на

части, увеличиваться в размерах, поглощать более простые

молекулы. Гипотеза Опарина—Холдейна проверялась на установке

Меллера, где искровой разряд пропускался через смесь метана,

аммиака, водорода и воды, что имитировало условия первичной

Земли. Были синтезированы простейшие аминокислоты. Живые

тела, существующие на Земле, представляют собой открытые,

саморегулирующиеся и самопроизводящие системы, построенные из

биополимеров — белков и нуклеиновых кислот.

Вопросы для контроля знаний

1. Какие гипотезы происхождения живой материи вам

известны? Дайте оценку гипотезе панспермии.

2. Какими признаками отличается живое от неживого? Какие

аналогии между живой и неживой материей можно провести?

3. Охарактеризуйте гипотезу Опарина-Холдейна.

4. В чем состояли главные предположения Л. Пастера

относительно возникновения жизни?

5. Дайте определение жизни исходя из разных позиций.

6. Охарактеризуйте физико-химические условия на ранней

Земле до появления реакций фотосинтеза и свяжите их с

существующими гипотезами происхождения жизни.

7. Как вы оцениваете вероятность наличия жизни во

Вселенной?

8. Можно ли отнести вирусы к живым организмам? Обоснуйте

ответ.

9. Какую роль играют молекулы ДНК в передаче

наследственности и как был расшифрован генетический код?

10.Какую функцию выполняет молекула ДНК?

11.Как осуществляется процесс воспроизведения информации,

хранимой в ДНК?

12.Кто и когда раскрыл структуру носителя

наследственности?

13.Что является предметом исследования генной инженерии?

14.Охарактеризуйте структуру молекулы ДНК.

15.Какой первый препарат был получен с помощью генной

инженерии?

372

16.Назовите основные достижения генной инженерии.

17.Что означает утверждение: наследственный аппарат не

стареет?

18.Чем характеризуется индивидуальная последовательность ДНК в

геноме человека?

19.Можно ли с помощью анализа структуры генома провести

идентификацию личности?

20.Что дает генная инженерия для криминалистики?

373

Глава 15. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Во все века жила, затаена,

Надежда — вскрыть все таинства

природы.

В. Брюсов

15.1. Доказательства эволюции живого

Понятие "эволюция" употребляется в разных смыслах, но

большей частью отождествляется с развитием. В ходе

изложения нам уже приходилось говорить о глобальной

эволюции Вселенной, геологической эволюции и эволюции

живой природы. Во всех этих случаях под эволюцией

подразумевается процесс длительных, постоянных, медленных

изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям

коренным, качественным, завершающимся возникновением

новых более сложных материальных систем, структур, форм и

видов. Под эволюцией живого мира понимают процесс

развития природы со времени возникновения жизни до

настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали

новые виды, появлялись все более сложные формы живых

организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям

окружающей среды. После возникновения одноклеточных

ступень эволюции заключалась в образовании и

прогрессивном развитии многоклеточного организма. Одной из

важных предпосылок возникновения высокоразвитых форм

жизни стало образование колоний клеток путем скопления

клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между

ними. Возникновение примерно 0,6 млрд лет назад

многоклеточных эукариотов привело к взрывоподобному

увеличению числа высокоразвитых форм жизни. В течение

сравнительно короткого

374

геологического периода появились многие виды беспозвоночных и

макроскопические водоросли. Для того чтобы произошел этот

эволюционный скачок, понадобились три шага: 1) развитие

полового размножения; 2) открытие принципа гетеротрофии; 3)

образование колоний клеток с распределением функций.

Всех многоклеточных разделяют на три царства: грибы (Fungi),

растения (Melaphyta) и животные (Metazoa). Относительно

эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая

летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче

представлены ископаемыми остатками, дающими возможность

довольно подробно восстановить ход их истории.

В протерозойскую эру (около 1 млрд лет назад) эволюционный

ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от

которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и

красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных

растений свободно плавало в морской воде (диатомовые,

золотистые водоросли), часть прикреплялась ко дну.

Существенным условием дальнейшей эволюции растений было

образование почвенного субстрата на поверхности суши в

результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными

веществами и под влиянием климатических факторов. В конце

силурийского периода почвообразовательные процессы

подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн лет

назад). Среди растений, первыми освоивших сушу, были

псилофиты.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце

докембрия (700 млн лет назад). Предполагается, что первые

животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от

одной из групп древнейших водорослей.

Можно выделить четыре основных этапа эволюции: 1)

биохимическая эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд лет назад и

закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс,

осуществляемый на протяжении 500 млн лет до настоящего

времени; 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн лет назад

с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с

возникновением и развитием человеческого общества на

протяжении последних 500 тыс. лет.

375

Основными доказательствами эволюции живой природы

являются следующие.

1. Доказательства единства происхождения органического

мира:

1) все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения,

животные или грибы, имеют удивительно близкий элементарный

химический состав;

2) у всех у них особо важную роль в жизненных явлениях

играют белки и нуклеиновые кислоты, которые построены всегда по

единому принципу и из сходных компонентов. Высокая степень

сходства обнаруживается не только в строении биологических

молекул, но и в способе их функционирования. Принципы

генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых

кислот едины для всего живого;

3) у подавляющего большинства организмов в качестве

молекул — аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы

также механизмы расщепления Сахаров и основной энергетический

цикл клетки;

4) большинство организмов имеют клеточное строение.

2. Эмбриологические доказательства эволюции.

Отечественные и зарубежные ученые обнаружили и глубоко

изучили сходства начальных стадий эмбрионального развития

животных. Все многоклеточные животные проходят в ходе

индивидуального развития стадии бластулы и гаструлы. С особой

отчетливостью выступает сходство эмбриональных стадий в

пределах отдельных типов или классов. Например, у всех наземных

позвоночных, так же и у рыб, обнаруживается закладка жаберных

дуг, хотя эти образования не имеют функционального значения у

взрослых организмов. Подобное сходство эмбриональных стадий

объясняется единством происхождения всех живых организмов.

3. Морфологические доказательства эволюции:

а) особую ценность для доказательства единства

происхождения органического мира представляют формы,

сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических

единиц. Существование таких промежуточных форм указывает на

то,

376

что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся

родоначальниками нескольких систематических групп. Наглядным

примером этого может служить одноклеточный организм эвглена

зеленая. Она одновременно имеет признаки, типичные для растений

и для простейших животных;

б) строение передних конечностей некоторых позвоноч

ных, несмотря на выполнение этими органами совершенно

разных функций, в принципиальных чертах строения сходны.

Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать,

другие — срастаться, относительные размеры костей могут ме

няться, но их гомология совершенно очевидна. Гомологичными

называются такие органы, которые развиваются из одинаковых

эмбриональных зачатков сходным образом;

в) некоторые органы или их части не функционируют у

взрослых животных и являются для них лишними — это так

называемые рудиментарные органы, или рудименты. Наличие

рудиментов, так же как и гомологичных органов, — тоже сви

детельство общности происхождения.

4. Палеонтологические доказательства эволюции.

Палеонтология указывает на причины эволюционных

преобразований. В этом отношении интересна эволюция лошадей.

Изменение климата на Земле повлекло за собой изменение

конечностей лошади. Параллельно изменению конечностей

происходило преобразование всего организма: увеличение размеров

тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов,

возникновение свойственного травоядным млекопитающим

пищеварительного тракта и многое другое. В результате изменения

внешних условий под влиянием естественного отбора произошло

постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в

крупных травоядных. Богатейший палеонтологический материал —

одно из наиболее убедительных доказательств эволюционного

процесса, длящегося на нашей планете уже более 3 млрд лет.

5. Биогеографические доказательства эволюции.

Ярким свидетельством происшедших и происходящих

эволюционных изменений является распространение животных и

377

растений по поверхности нашей планеты. Сравнение животного и

растительного мира разных зон дает богатейший научный материал

для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора

палеоарктической и неоарктической областей имеют много общего.

Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями

существовал сухопутный мост — Берингов перешеек. Другие

области имеют мало общих черт.

Таким образом, распределение видов животных и растений по

поверхности планеты и их группировка в биографические зоны

отражают процесс исторического развития Земли и эволюции

живого.

6. Островные фауна и флора.

Для понимания эволюционного процесса интерес представляют

флора и фауна островов, которые полностью зависит от истории

происхождения островов. Огромное количество разнообразных

биографических фактов указывает на то, что особенности

распределения живых существ на планете тесно связаны с

преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями

видов.

15.2. Пути и причины эволюции живого

Общаясь с дураком, не оберешься срама,

Поэтому совет ты выслушай Хайяма: Яд,

мудрецом тебе предложенный, прими, Из

рук же дурака не принимай бальзама.

О. Хайям

Вопрос о путях и причинах разнообразия форм живой природы

в различной формулировке вставал с глубокой древности-

античности (Эмпедокл, Лукреций Кар). Для возникновения мыслей

о том, что происходит постепенное превращение одной структуры в

другую, одной формы в следующую, более совершенную,

достаточно было наблюдения за стадиями развития зародыша,

жизнью диких животных, а также осмысления успехов в

примитивной селекционной деятельности.

378

Карл Линней описал более 8 тысяч растений, ввел

терминологию и строго иерархический порядок описания видов.

Хотя его классификация была основана на внешних признаках,

деление на вид, класс, род практически сохранено и в настоящее

время. Система К. Линнея — первая научная классификация живой

природы, созданная в XVIII в. За единицу классификации был

принят вид — совокупность особей, сходных по строению и

дающих похожее на них потомство. Биогенетический закон,

сформулированный в 1864 г. немецкими зоологами Ф. Мюллером и

Э. Геккелем, гласит: каждая особь в своем индивидуальном

развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида

(филогенез), т. е. онтогенез есть краткое повторение филогенеза.

Закон необратимости эволюции сформулирован в 1893 г.

бельгийским ученым Л. Долло на основе изучения большого

палеонтологического материала. Согласно этому закону организм

(популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже

осуществленному в ряду его предков: эволюция необратима.

Однако в качестве самостоятельно поставленного с вопросом

об эволюции живого выступил только Ж. Б. Ламарк, который

впервые и ввел в науку термин "биология". Учение Ж. Б. Ламарка —

первое эволюционное учение, созданное в начале XIX в, которое

заключалось в том, что все организмы в процессе исторического

развития претерпевают прогрессивное усложнение — градации. При

этом он установил связь между изменением организмов и

окружающей средой. Он отверг идею постоянства видов,

противопоставив ей представление об изменяемости видов. Его

учение утверждало существование эволюции как исторического

развития от простого к сложному. Впервые был поставлен вопрос о

факторах эволюции. Ламарк совершенно правильно считал, что

условия среды оказывают важное влияние на ход эволюционного

процесса. Он был одним из первых, кто отметил чрезвычайную

длительность развития жизни на Земле. Однако Ламарк допустил

серьезные ошибки, прежде всего в понимании факторов

эволюционного процесса,

379