1 живі організми. Перші живі істоти

За палеонтологічними даними, заснованими на вивченні найдавніших гірських порідЗемлі, перші живі організмиз'явилися Землі близько 3,5 млрд років т.зв.

Фактично, перша жива кліткаТак само, як і її неживий прообраз — коацерватна крапля, була крапелькою первинного океану, оточеною водовідштовхувальною оболонкою, проте білки та нуклеїнові кислоти в ній не були випадковим набором. органічних речовин. Вони вже навчилися «розуміти» одне одного, навчилися взаємодіяти.

Перші живі клітини вже мали найважливішою властивістюкожного живого організму - здатність до точного самовідтворення, самокопіювання.

Харчувалися вони готовими органічними речовинами, які утворилися ранніх етапах формування Землі абіогенним шляхом. На думку більшості вчених, у період появи перших живих організмів вільного кисню в атмосфері давньої Земліще не було, тому вони мали анаеробний (безкисневий) тип дихання. Таким чином, першими живими організмами на Землі були, мабуть, гетеротрофні(харчуються готовими органічними речовинами) бактерії-анаероби(Рис. 1).

Незважаючи на те, що бактерії-анаероби виникли в давнинуВони широко поширені на Землі і в даний час. Їх можна зустріти і в банку з кислим молоком, і в барильці з солоними огірками або капустою. Молочнокислі бактерії - факультативні анаероби (вони можуть зростати і розвиватися в присутності кисню, але в процесі дихання кисень не використовують).

Мал. 1. Симбіотична гіпотеза походження еукаріотів

Анаеробами є і багато ґрунтових бактерій, наприклад збудники правця, газової гангрени, ботулізму. Усі вони облігатні анаероби. На відміну від факультативних анаеробів, облігатні анаероби не переносять присутності кисню в навколишньому середовищі, кисень для них - отрута. Саме тому небезпека зараження правцем набагато вища, якщо рана колота та інфекція в ній розвивається без доступу кисню. Значно менш небезпечні відкриті ранита садна. Газова гангрена теж, як правило, починає розвиватися після накладання на пошкоджену кінцівку гіпсової пов'язки, що перешкоджає доступу кисню. Небезпека важкого харчового отруєння – ботулізму – виникає при домашньому консервуванні, коли повітря видалено попереднім кип'ятінням, а герметична кришка перешкоджає надходженню кисню ззовні. У разі засолювання огірків або грибів у відкритому посуді збудник ботулізму не розвинеться, оскільки він облігатний анаероб. При домашньому консервуванні збудник ботулізму знищити надзвичайно важко, оскільки його суперечки витримують 5-6 годин безперервного кип'ятіння. Тому промислове консервування проводять перегрітою парою під тиском при температурі не 100, а 130°С протягом 1-2 годин.

Бактерії-анаероби древньої Землі харчувалися готовими органічними речовинами, що утворилися у великих кількостях на ранніх етапах формування Землі. Абіогенному синтезу органічних речовин сприяли висока температура атмосфери та бурхлива вулканічна діяльність. На момент появи перших живих організмів Земля охолола і інтенсивність абіогенного синтезу органічних речовин значно знизилася. Розвиток анаеробів мало неминуче виснажити запаси органічних речовин, що, своєю чергою, призвело б до загибелі всіх живих організмів. Можливо, історія розвитку життя на Землі на цьому і закінчилася б, якби лише через 100 млн років (3,4 млрд років тому) під впливом жорсткої конкуренції за органічні речовини на Землі не з'явилося нове покоління живих організмів. фото синтезуючі бактерії(Див. рис. 1).

Унікальною особливістю цих живих істот була здатність здійснювати фотосинтез, тобто. синтезувати органічні речовини з неорганічних з використанням енергії сонячного світла. Перші фотосинтезуючі бактерії мали незвичайний аноксигенний тип фотосинтезу (він протікає без виділення кисню).

Як відомо, будівельними елементами, з яких фотосинтезуючі організми створюють органічні речовини, є вуглекислий газ і водень. Перші фотосинтезуючі бактерії забирали водень не від води, як це відбувається у більшості сучасних фотосинтезуючих організмів, а від сірководню (H 2 S), оскільки витрати енергії на відрив атомів водню від сірководню молекули в 7 разів менше, ніж на відрив його від молекули води.

Фотосинтез із кисню з'явився пізніше у ціанобактерій (синьо-зелених водоростей). Саме ціанобактерії вперше здійснили фотоліз води, при якому за допомогою енергії сонячного світла водень, необхідний для біосинтезу органічних речовин, відривається від молекули води, а як побічний продукт утворюється вільний кисень.

Нагромадження в атмосфері вільного кисню призвело до корінного перетворення умов життя Землі. На момент появи перших живих організмів Земля сильно остигає, знижується кількість грозових розрядів у атмосфері, згасає вулканічна діяльність. Практично єдиним джерелом енергії абіогенного синтезу органічних речовин є ультрафіолетове випромінювання Сонця.

З появою кисню в верхніх шарахатмосфери, на висоті 15-30 км, сформувався озоновий екран, що захистив живі організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання, що спричинило виникнення життя у воді, а й у суші. Одночасно озоновий екран, знизивши інтенсивність ультрафіолетового випромінювання, що падає на Землю, практично зупинив абіогенний синтез органічних речовин, внаслідок чого подальше існування життя на Землі стало повністю залежати від діяльності фотосинтезуючих організмів.

Фотосинтезуючі бактерії, насамперед ціанобактерії, і в даний час широко поширена та процвітаюча група живих організмів. «Цвітіння» води наприкінці літа обумовлено головним чином бурхливим розвитком ціанобактерій. Вони здатні не лише до автотрофного харчування шляхом фотосинтезу, а й до гетеротрофного харчування готовими органічними речовинами. Тому забруднення водойм органічними речовинами під впливом господарської діяльностілюдини створює сприятливі умови у розвиток ціанобактерій (синьо-зелених водоростей), які, бурхливо розмножуючись, витісняють еукаріотичні водорості, що знижує продуктивність водойм, призводячи до загибелі планктонних організмів і риб.

Як зазначалося раніше, головний (цільовий) продукт фотосинтезу — багаті на енергію органічні речовини, які використовуються живими організмами як для побудови свого чола, так і для отримання необхідної для їхньої життєдіяльності енергії, а кисень є побічним продуктом фотосинтезу. Тому для найдавніших походження живих організмів — бактерій-анаеробів і перших фотосинтезуючих бактерій кисень — це отрута. Проте за фотосинтезуючими бактеріями Землі з'явилися живі організми, які навчилися як захищатися від кисню, а й використовувати його — навчилися дихати киснем. Це були бактерії-аероби(або бактерії-окислювачі).

Біологічні переваги кисневого дихання очевидні: при кисневому окисленні органічних речовин з одиниці (наприклад, з 1 г) органічних речовин можна отримати в 19 разів більше енергії, ніж при безкисневому диханні. Внаслідок цієї бактерії-аероби виявилися здатними значно економніше витрачати органічні речовини, ніж анаероби, що, своєю чергою, дозволило їм існувати в умовах відносно низьких концентрацій органічних речовин.

Симбіотична гіпотеза походження еукаріотів

На ранніх етапах біологічної еволюціїЗемлі послідовно виникають, та був співіснують 3 покоління прокаріотів: бактерії-анаероби, фотосинтезуючі бактерії та бактерії-аероби(Див. рис. 1).

Фотосинтезуючі бактерії могли створювати органічні речовини з неорганічних, а бактерії-аероби вміли дуже економно їх витрачати. Позбавлені цих переваг бактерії-анаероби змушені були експлуатувати корисні властивостіінших живих організмів. Один із способів одностороннього використання одного організму іншим – хижацтво. На певному етапі розвитку від бактерій-анаеробів відбулися хижі амебоподібні організми, здатні захоплювати за допомогою ложноножек і поглинати як бактерій, що фотосинтезують, так і бактерій-аеробів.

Однак не всі амебоподібні хижаки перетравлювали захоплені бактерії, в деяких випадках бактерії могли жити та розмножуватися всередині цитоплазми хижака. Спільнота живих організмів, що виникла таким чином, мала багато цінних властивостей: здатність до фотосинтезу, обумовлену діяльністю фотосинтезуючих бактерій, здатність до економного і ефективному використаннюорганічних речовин завдяки кисневому типу дихання, характерному для бактерій-аеробів, і, нарешті, здатністю до активного пересування та захоплення видобутку, властивого хижій клітині-носія. Згодом взаємовигідні, симбіотичні відносини цих трьох груп організмів закріпилися, стали стійкими. фотосинтезуючі бактеріїперетворилися на хлоропласты, а аеробні бактерії-окислювачі -в енергетичні станції клітини – мітохондрії.Як мітохондрії, так і хлоропласти і в даний час зберігають власний спадковий апарат, розмножуються незалежно відділення клітини і успадковуються через цитоплазму та материнської лінії.

Для управління складною спільнотою живих організмів та захисту власного генетичного матеріалу (адже інші організми, що входять до спільноти, мали свою генетичну програму) у клітини-носія виникає спеціальна клітинна органела - ядро.

Живі організми, клітини яких мають оформлене ядро, називаються еукаріотами.(Від грец. еu -добре, повністю та karyon- Ядро). Всі рослини, тварини та гриби – еукаріоти.Спадкова інформація у ядрах еукаріотичних клітин зберігається у вигляді особливих структур- Хромосом, чітко видно під світловим мікроскопом в момент розподілу клітини. Перші еукаріотичні клітини з'явилися Землі близько 2 млрд років т.зв.

Стародавніші за походженням бактерії не мають оформленого ядра.

Живі організми, клітини яких немає оформленого ядра, називаються прокариотами (від латів. pro — перед, раніше і грецьк. karyon — ядро). Усі бактерії, у тому числі й фотосинтезуючі, – прокаріоти. Спадкова інформація представлена ​​в них однією-єдиною кільцевою молекулою ДНК, що лежить безпосередньо в цитоплазмі і не помітною у звичайний світловий мікроскоп.

Бо але сучасним науковим уявленнямвага еукаріотичних клітин являють собою симбіотичні спільноти двох або трьох живих організмів, викладену вище гіпотезу походження еукаріотів називають симбіотичною.

Перші еукаріотичні клітини, мабуть, були амебоподібними істотами, багато з яких містили як мітохондрії, так і хлоропласти.

Близько 1,5 млрд. років т.зв. від них виникають досконаліші еукаріотичні організми, здатні до швидкого активного пересування - давні джгутикові (див. рис. 1). Прийнято вважати, що джгутики, як і свого часу мітохондрії і хлоропласти, походять від якихось древніх прокаріотів, що вільно живуть.

Давні джгутикові, мабуть, поєднували властивості рослин та тварин. Згодом ті з них, які опинилися в середовищі з високим вмістом органічних речовин, втратили хлоропласти і перетворилися на одноклітинних тварин — найпростіших, а хлоропласти, що зберегли, дали початок рослинам. Звичайно, найдавніші за походженням рослини - одноклітинні, рухливі і мають джгутики.

Подальший еволюційний прогрес тварин пов'язаний із зростанням ролі активного пересування, що викликано необхідністю пошуку їжі та захоплення видобутку. Удосконалюється і система управління рухом, що, зрештою, призводить до виникнення високоорганізованої нервової системита, нарешті, інтелекту.

У той же час рослини, що забезпечують себе харчуванням за рахунок фотосинтезу, в процесі еволюції втрачають здатність до пересування та набувають безліч пристроїв, що підвищують ефективність фотосинтезу.

Таким чином, близько 1,5 млрд. років т.зв. від єдиного предка - стародавнього джгутикового виникають два найважливіші царства живих організмів - царство рослини і царство тварини.

Мал. 52. Можливий шляхутворення еукаріотичних організмів

В даний час живі організми виникають лише внаслідок розмноження. Самозародження життя в сучасних умовахнеможливо з кількох причин. По-перше, за умов кисневої атмосфери Землі органічні сполуки швидко руйнуються, тому що неспроможні накопичитися і удосконалитися. А по-друге, нині існує велика кількістьгетеротрофних організмів, які використовують будь-яке скупчення органічних речовин для свого харчування.
Питання для повторення та завдання
Які космічні факторина ранніх етапах розвитку Землі з'явилися передумовами виникнення органічних сполук? Назвіть основні стадії виникнення життя згідно з теорією біопоезу. Як утворювалися, які властивості мали і в якому напрямку еволюціонували коацервати? Розкажіть, як з'явилися пробіонти. Опишіть, як могло відбуватися ускладнення внутрішню будовуперших гетеротрофів. Чому неможливе самозародження життя в сучасних умовах?
Подумайте! Виконайте! Поясніть, чому на нашій планеті неможливе зародження життя з речовин неорганічної природи. Як ви вважаєте, чому саме море стало первинним середовищем розвитку життя? Візьміть участь у дискусії «Виникнення життя на Землі». Висловіть свою точку зору щодо цього питання.
Робота з комп'ютером
Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал та виконайте завдання.


Еукаріоти, еубактерії та архебактерії. Порівнюючи послідовності нуклеотидів у рибосомних РНК (рРНК), вчені прийшли до висновку, що всі живі організми нашої планети можна поділити на три групи: еукаріоти, еубактерії та архебактерії. Дві останні групи- Прокаріотичні організми. У 1990 р. Карл Вёзе - американський дослідник, побудував виходячи з рРНК філогенетичне дерево всіх живих організмів, запропонував цих трьох груптермін "домени".
Оскільки генетичний кодв організмів всіх трьох доменів один і той же, була висунута гіпотеза, що вони мають спільну предка. Цього гіпотетичного предка назвали «прогенотом», тобто прабатьком. Припускають, що еубактерії та архебактерії могли статися від прогеноту, а сучасний типЕукаріотична клітина, мабуть, виникла в результаті симбіозу стародавнього еукаріота з еубактеріями.

Еволюція позаклітинних організмів

понад 4 млрд років тому

Перше життя на нашій планеті виникло понад 4 млрд. років тому. Ці істоти не мали ні ДНК, ні навіть РНК і ще не були ув'язнені в клітинну оболочу. Роль РНК у перших живих організмів, що самовідтворюються.виконувала пептидна нуклеїнова кислота, остовом якої служив ланцюжок, утворена мономерами N-(2-аміноетил) гліцину (АЕГ). Надалі відбулося її ускладнення, що призвело до утворення РНК. На жаль до наших днів всі ці організми не дожили, але залишили після себе широке потомство у вигляді всіх істот, що живуть на Землі.

Приблизно 3,5-4,0 млрд років тому з одноклітинних істот, що жили тоді, відбулися перші віруси, які на Наразіє єдиними представниками поза клітинних організмів.

Поділ класифікації:

Еволюція клітинних організмів

Поява перших клітинних організмів: понад 4 млрд років тому

Перші найпростіші одноклітинні організми(прокаріоти) з'явилися понад 4 млрд. років тому.Нещодавно у найдавніших на Землі осадових породахчасів архею, знайдених у південно-західній частині Гренландії, було виявлено сліди складних клітинних структур, вік яких становить принаймні 3,86 млрд років.

За іншою теорією - як такого спільного предкане існувало, а перші, що жили в той час найпростіші за допомогою горизонтального перенесення генів між собою, постійно еволюціонували. Передбачається, що у ранніх етапах еволюції існувало якесь загальне генне " комунальне господарствоКартина еволюційних зв'язків у світі предкових прокаріотів являла собою не стільки дерево, скільки свого роду міцелій з переплетеною мережею горизонтальних переносів у найрізноманітніших і несподіваних напрямках. рідкісним явищем(Рис. 2). В цей же час завдяки вірусам-бактеріофагам у бактерій з'являється найпростіша імунна система.

У цей же час стався симбіогенез - мітохондрії і пластиди у вигляді самостійних одноклітинних організмів, що існували в ті часи, увійшли до складу більшої клітини ставу. ендосимбіонтами. Поступово вони втратили здатність до самостійного існування і перетворилися наорганоїди . Р азвиваясь спільно, ендосимбіонт поступово відточував одне вміння - синтезАТФ . Внутрішня клітиназменшувалась у розмірах і передавала частину своїх другорядних генів у ядро. Так мітохондрії залишили у себе лише ту частину вихідної ДНК, що була їм необхідна для роботи як "жива електростанція".

Це призвело до появи в палеопротерозойській ері (понад 2 млрд. років тому) перших еукаріотів, що володіють ядром і сучасних тварин, рослин, протистів і хромістів, що з'явилися предками.

Наступні майже 1,5 млрд років на нашій планеті бездоганно царювали одноклітинні організми, поки в едикарському періоді близько 630 млн років тому не з'явилися перші багатоклітинні істоти. Спочатку в багатоклітинні структури об'єднувалися найпростіші хоанофлагеллати, які, як вважають, стоять на межі між одноклітинністю і багатоклітинністю, утворюють зародкові колонії тільки за допомогою бактеріального ліпіду, який одержують зі з'їдених бактерій. Наступним щагом була поява в цьому ж періоді перших справжніх багатоклітинних макроогранізмів - ці організми з'явилися на Землі відразу після Мариноанського зледеніння - однієї зі стадій глобального зледеніння, коли нашу планету протягом багатьох мільйонів років покривали криги. Таких незвичайних форм у природі не з'явиться ніколи. В основному це м'якотілі організми, що складаються з окремих фракталів. Розміри їхнього тіла варіювалися від одного сантиметра до одного метра. Виглядали вони настільки незвичайно, що довгий часвчені сперечалися, якого царства – рослин чи тварин їх можна віднести.

Близько 480-460 млн років тому у силурійському періоді на суші з'явилися перші рослини (за іншими даними це сталося у верхньому кембрії 499-488 млн. років тому), а ще через 50 млн років у девонському періоді за рослинами на сушу вийшли і перші тварини (хоча існують деякі дані, що показують, що перші сухопутні тварини жили в силурійському (рис. 3) або навіть вендському періодах). Після цього почав бурхливий розвиток усіляких живих істот нащадками, яких є і ми.

Поділ класифікації:

Імперія: Живі організми

Що таке життя? Визначення життя

Питання про походження життя, закономірності історичного розвиткуу різні геологічні епохи завжди цікавили людство. Поняття життя охоплює сукупність всіх живих організмів Землі та умови існування. Сутність життя у тому, що живі організми залишають після себе потомство. Спадкова інформація передається з покоління до покоління, організми саморегулюються та відновлюються при відтворенні потомства. Життя - це особливе якісне, найвища формаматерії, здатна, залишаючи потомство, до самовідтворення.

Поняття життя у різних історичних періодах давалися різні визначення. Перше науково правильне визначеннядав Ф. Енгельс: " Життя є спосіб існування білкових тіл, і цей спосіб існування полягає у своїй суті в постійному самооновленні хімічних складових частинцих тіл". При припиненні процесу обміну речовин між живими організмами та навколишнім середовищем білки розпадаються, і життя зникає. Спираючись на сучасні досягнення біологічної науки, російський вчений М. В. Волькенштейн дав нове визначення поняття життя: Живі тіла, що існують на Землі, являють собою відкриті, саморегулюючі та самовідтворювані системи, побудовані з біополімерів - білків та нуклеїнових кислотЦе визначення не заперечує наявність життя і на інших планетах. космічного простору. Життя називається відкритою системою, на що вказує безперервний процесобміну речовин та енергії з навколишнім середовищем. На підставі останніх наукових досягненьсучасної біологічної науки дано наступне визначенняжиття: " Життя - це відкриті саморегулюючі та самовідтворювані системи сукупностей живих організмів, побудовані зі складних біологічних полімерів - білків та нуклеїнових кислот Основою всього живого вважаються нуклеїнові кислоти і білки, оскільки вони функціонують у клітині, утворюють складні сполуки, які входять до структури всіх живих організмів.

Живі організми відрізняються від неживої природивластивими їм властивостями. До характерним властивостямживих організмів відносяться: єдність хімічного складу, обмін речовин та енергії, подібність рівнів організації. Для живих організмів характерні також розмноження, спадковість, мінливість, зростання та розвиток, дратівливість, дискретність, саморегуляція, ритмічність та ін.

Поява живих істот на Землі та їх еволюція

Мал. 1. Колонія ціанобактерій у фумаролі вулкану Дзендзур. Камчатка. (Фото)Понад 4 млрд років тому на Землі виникло перше життя. За цей час життя пройшло великий шляхрозвитку, що почався найпростіших молекулярних живих розчинів, що з'явилися задовго до найпростіших організмів - каоцерватних крапель і закінчуючи сучасними ссавцями. Паралельно з еволюцією живих істот йшла еволюція складових молекул, так перші білки входили в живі істоти мали нижчою швидкістю згортання.

Перші живі організми, що з'явилися на нашій планеті, не мали ні ДНК, ні навіть РНК і жили у вигляді живих розчинів, що знаходилися в крихітних порожнинах, які часто зустрічаються в мінералах.Роль РНК у перших живих жителів, що самовідтворюються. одночасно була і носієм спадкової інформації, та засобом її подальшого відтвореннявиконувала пептидна нуклеїнова кислота, остовом якої служив ланцюжок, утворена мономерами N-(2-аміноетил) гліцину (АЕГ). Надалі відбулося її ускладнення, що призвело до утворення РНК. Через якийсь час ця переджиття мало обзавестися власними оболонками – перейти від доорганізмного рівня до організму. Як оболонки цей "живий розчин" використовував каоцервати, що складаються з ліптидів.

Нещодавно в найдавніших на Землі осадових породах часів архею, знайдених у південно-західній частині Гренландії, було виявлено сліди складних клітинних структур, вік яких становить принаймні 3,86 млрд років.

За однією з теорій близько 4,1 - 3,6 млрд років тому в часи еоархейського періоду з існуючого на той час різноманітності одноклітинних живих істот (прокаріотів) (рис. 1) тоді перший наш загальний предок, що мешкав, розділився на кілька гілок, які надалі у свою чергу розділилися на нині існуючі царства (тварини, рослини, гриби, протисти, хромісти, бактерії, археї та віруси). Згодом інші жителі того періоду не витримали з ними конкуренції і зникли з Землі.

За іншою теорією - як такого спільного предка не існувало, а перші найпростіші, що жили в той час, за допомогою горизонтального перенесення генів між собою, постійно еволюціонували. Передбачається, що на ранніх етапах еволюції існувало якесь загальне генне "комунальне господарство". Картина еволюційних зв'язків у світі предкових прокаріотів являла собою не стільки дерево, скільки свого роду міцелій з переплетеною мережею горизонтальних переносів у найрізноманітніших і найнесподіваніших напрямках. У міру ускладнення організмів та розвитку механізмів статевого розмноження та репродуктивної ізоляції горизонтальне перенесення ставало більш рідкісним явищем (рис. 2).

Приблизно в цей же час з'являються перші віруси (рис. 3).

Мал. 3. БактеріофагиНаступним етапом еволюції стала поява в палеопротерозойській ері (понад 2 млрд. років тому) перших еукаріотів, що володіють ядром і предками, що з'явилися сучасних тварин, рослин, протистів і хромістів.

Наступні майже 1,5 млрд років на нашій планеті бездоганно царювали одноклітинні організми, поки в едикарському періоді близько 630 млн років тому не з'явилися перші багатоклітинні істоти. Таких незвичайних форм у природі не з'явиться ніколи. В основному це м'якотілі організми, що складаються з окремих фракталів. Розміри їхнього тіла варіювалися від одного сантиметра до одного метра. Виглядали вони настільки незвичайно, що довгий час вчені сперечалися, до якого царства – рослин чи тварин їх можна віднести.

Мал. 4. Силурійське мілководдяБлизько 480-460 млн років тому в силурійському періоді на суші з'явись перші рослини (за деякими даними у верхньому кембрії 499-488 млн років тому), а ще через 50 млн років у девонському періоді за рослинами на сушу вийшли і перші тварини (хоча існують деякі дані, що показують, що перші сухопутні тварини жили в силурійському (рис. 4) або навіть вендському періоді). Після цього почав бурхливий розвиток усіляких живих істот нащадками яких з'ясовуємося і ми.

Різноманітність видів живих істот

Зараз, за ​​найточнішими оцінками, налічується близько 1,6 мільйона видів, що живуть. З них 860 000 складають комахи, 350 000 – рослини, 8600 – птахи і лише 3200 – ссавці. Більшість інших видів, близько 300 000, відноситься до морських безхребетних. Загальна кількість – 1,5 мільйона – включає лише ті види, описи яких були опубліковані вченими. Вважається, що у кілька разів більше видів ще не описано. За словами деяких вчених, в даний час існують близько 8,7 мільйона видів еукаріотичних організмів (плюм-мінус 1,3 млн). До цього числа не входять вимерлі види, відомі лише вигляді копалин залишків. Грунтуючись на кількості вже описаних копалин, Загальна кількістьвимерлих, які мешкали будь-коли протягом більше трьох мільярдів років існування життя на Землі, оцінюють у межах від 50 мільйонів до 4 мільярдів.

За розрахунками вчених, у Світовому океані мешкає 2,2 млн. видів, на суші - 6,5 млн. Тварин на планеті всього близько 7,77 млн. видів, грибів - 611 тис., рослин - 300 тис. При цьому рослинам пощастило найбільше : їх описано 72% видів, тоді як тварин - 12%, грибів - лише 7%.

Табл.1. Кількість видів мешканців нашої планети

Перші живі організми були гетеротрофами і як джерело енергії (їжі) використовували органічні сполуки, що знаходяться в розчиненому вигляді у водах первинного океану.

Оскільки у атмосфері Землі вільного кисню був, вони мали анаеробний (безкисневий) тип обміну, ефективність якого невелика. Поява все більшої кількостіГетеротрофні організми призводили до виснаження вод первинного океану, в ньому все менше залишалося готових органічних речовин, які можна було використовувати в їжу.

У умовах у переважному становищі виявилися організми, які набули здатність використовувати енергію світла синтезу органічних речовин з неорганічних, саме з СОг і N2 атмосфери. Але СОг і N2 в атмосфері знаходяться в інертному окисленому стані, а щоб вони були здатні брати участь у хімічних реакціях, їх треба відновити, тобто передати їм електрони з інших сполук.

Функцію передачі електронів від однієї сполуки до іншого, мабуть, виконував активований світлом пігментний комплекс, попередник сучасного хлорофілу. Вважають, що одним із перших джерел (донорів) електронів був сірководень H2S. В результаті утворюється елементарна сірка, а водень використовується відновлення діоксиду вуглецю до вуглеводів.

Як донорів водню можуть бути використані інші сполуки, в тому числі органічні. Кисень у процесі фотосинтезу такого типу не виділяється. Фотосинтез у анаеробних організмів розвинувся дуже ранньому етапіісторії життя, вони тривалий час існували у безкисневому середовищі. Такі анаеробні фотосинтезуючі організми збереглися до наших днів, наприклад, сірчані пурпурні бактерії. Дуже важливо відзначити, що пігментний комп леку схожий з пігментами зелених рослин - хлорофілом

Наступним кроком еволюції було придбання фотосинтезуючими організмами здатності використовувати воду як джерело водню. Автотрофне засвоєння СОг такими організмами супроводжувалося виділенням вільного кисню. З того часу в атмосфері Землі поступово почав накопичуватися кисень. За геологічними даними, вже 2,7 млрд років тому в атмосфері в невеликій кількості був вільний кисень.

Першими фотосинтезуючими організмами, що виділяють в атмосферу Ог, були ціанобактерії(ціанеї, їх називають ще синьо-зеленими водоростями). Ціанобактерії здатні також засвоювати з атмосфери та азот. Близько 2,1 млрд років тому існували всі фотосинтезуючі прокаріоти, відомі нині. На той час, мабуть, виникли організми, які мали аеробний тип обміну.

Перехід від первинної відновлювальної атмосфери до середовища, що містить кисень, найважливіша подіяяк у еволюції живих істот, і у перетворенні мінералів. По-перше, кисень, що виділяється в атмосферу, у верхніх її шарах під дією потужного ультрафіолетового випромінювання Сонця перетворюється на активний озон (Оз), який здатний поглинати більшу частину жорстких – короткохвильових – ультрафіолетових променів, що руйнівно діють на складні органічні сполуки. По-друге, у присутності вільного кисню виникає можливість енергетично вигіднішого кисневого типу обміну речовин, т. е. появи аеробних бактерій. Таким чином, два фактори, зумовлені утворенням на Землі вільного кисню, викликали до життя численні нові форми живих організмів та ширше використання ними довкілля.

Як же вплинуло накопичення молекулярного кисню в атмосфері на анаеробні організми, які започаткували життя Землі? Вони опинилися у невигідному становищі. Одні з них вимерли, інші знайшли місце існування, позбавлене кисню, і продовжували там анаеробне існування. Треті вступили у симбіоз із аеробними клітинами. Так з'явилися еукаріотичні клітини.

Сутність симбіотичної гіпотези виникнення еукаріотів полягає у наступному.

Вважають, що основою для симбіозу послужили великі амебоподібні гетеротрофні клітини. У процесі харчування разом з органічними молекулами, що знаходяться в навколишньому середовищі, вони могли захоплювати і дрібні бактеріоподібні клітини аеробів, здатні дихати киснем. Такі бактерії могли функціонувати й усередині клітини-господаря, виробляючи енергію.

Ті амебоподібні хижаки, в тілі яких бактерії аеробів залишалися неушкодженими, виявилися в більш вигідному становищі, ніж клітини, що отримали енергію анаеробним шляхом. Надалі бактерії-симбіонти перетворилися на мітохондрії. На можливість такого шляху виникнення мітохондрій вказує існування у наш час амеб, які не мають мітохондрій. Їхню роль виконують бактерії-симбіонти. Коли до поверхні клітини-господаря прикріпилася інша група симбіонтів - джгутикоподібні бактерії, подібні до сучасних спірохет, рухливість і здатність до знаходження їжі у такої клітини різко зросли. Так виникли примітивні тваринні клітини - попередники простих, що нині живуть джгутикових.

Рухомі еукаріоти, що утворилися, шляхом симбіозу з фотосинтезуючими прокаріотичними організмами (можливо, ціанобактеріями) дали початок водоростям, тобто рослинам. Фотосинтезуючі бактерії-симбіонти стали хлоропластами.

Отже, виникнення життя Землі носить закономірний характер, і її поява пов'язані з тривалим процесом хімічної еволюції, що відбувалася нашій планеті.

Формування структури, що відмежовує організм від навколишнього середовища, - мембрани - сприяло появі живих організмів та ознаменувало початок біологічної еволюції. Як примітивні живі організми, що виникли близько 3 млрд років тому, так і складніше влаштовані в основі своєї організації мають клітину. Отже, клітина є структурну одиницювсіх живих організмів незалежно від рівня їхньої організації.

Такі основні риси виникнення та початкові етапирозвитку життя Землі.

Цілком можливо, що перші живі організми були не схожі на існуючі нині. Деякі дуже примітивні червоні бактерії містять молекули розміром з вірус, які мають у своєму складі нуклеотиди та ензими. Ці молекули можуть виробляти собі органічну їжу, використовуючи енергію Сонця. Така обставина дає нам усі підстави називати їх живими істотами, проте чи існували такі малі організми самостійно, невідомо. Можливо першими живими організмами були бактерії. Це найменші та найпростіші організми, які безперечно можна назвати живими істотами, хоча вони не належать ні до рослинного, ні до тваринного світу. На просторі, що займає крапка в кінці цієї пропозиції, могла б вміститися не одна тисяча таких бактерій або мікробів.

Але, що б собою не являли ці перші організми, вони не мали іншого джерела їжі, крім океанічного бульйону, з якого вони самі виникли. Всі існуючі нині одноклітинні можуть асимілювати, або «пожирати», організовані нижче органічні речовини. Отже, саме ця здатність і мала з'явитися в перших живих організмів насамперед. Зважаючи на відсутність кисню для них залишався єдиний спосіброзщеплювати органічну їжу, щоб отримувати енергію для виконання своїх життєвих функцій, - Ферментація, або бродіння. При цьому процесі прості молекули, Як, наприклад, молекули цукру, з'єднуються з водою і утворюють двоокис вуглецю і деякі кислоти, такі як алкоголь. Останні містять у собі менше енергії, ніж перші, і ця різниця і являє собою енергію, використовувану організмом, що здійснює ферментацію.

Деякі існуючі нині бактерії та дріжджі можуть жити подібним чином за відсутності кисню. Однак ферментація - марнотратний та неефективний процес, при якому для отримання невеликої кількості енергії використовується значна кількість органічної речовини. Звідси випливає, що перші організми та їхні нащадки стали «пожирати» їжу набагато швидше, ніж вона відтворювалася неорганічними речовинами. Вони жили "у кредит".

Однак перш ніж запаси їжі вичерпалися, деякі організми набули пігментного забарвлення, а разом з нею - здатність безпосередньо використовувати енергію Сонця. Спочатку ця енергія йшла тільки на те, щоб швидше засвоювати органічні речовини, що ще більше посилювало харчовий дефіцит. Але оскільки така здатність давала величезну перевагу перед іншими організмами, пігментована група обігнала у розвитку інших жителів океану. Згодом ці організми набули нового чудового пігменту - хлорофілу (що по-грецьки означає «зелений лист»). Це хімічна речовинадозволило їм використовувати сонячну енергіюдля того, щоб самим виготовляти собі їжу з двоокису вуглецю, води та інших неорганічних речовин. Такий процес називається фотосинтезом, що означає з'єднання за допомогою світла. Без цього процесу життя, яке ми його знаємо, було б неможливим.

Перші організми, що мають здатність до фотосинтезу, стали родоначальниками всіх видів трав, дерев і морських водоростей. Лише зелені рослини здатні виробляти складові всього живого - протеїни, вуглеводи і жири, - використовуючи елементи, що у воді, грунті та повітрі.

Будь-яка тварина зобов'язана своїм існуванням – прямо чи опосередковано – саме цим рослинам.

Фотосинтез не тільки позбавив живі організми необхідності залежати від їжі, створюваної океаном, він змінив склад земної атмосфериі дав джерело енергії, необхідної для подальшої еволюціїжиття. Коли рослини виробляють цукор і крохмаль шляхом поєднання вуглецю, вилученого з двоокису вуглецю, з воднем, що у воді, в якості відходу виділяється кисень. До виникнення рослин на Землі існувало лише незначна кількість вільного кисню, що утворився у верхніх шарах атмосфери під дією ультрафіолетових променів, що розкладали молекули водяної пари на водень та кисень. З появою ж рослин більша частинавуглекислого газу, що знаходиться в повітрі, була поглинена та замінена киснем. За підрахунками вчених, завдяки фотосинтезу, весь кисень, що знаходиться в нашій атмосфері, оновлюється кожні 2000 років. Вуглекислий газ, вважають вони, замінюється кожні 300 років. Таким чином, весь кисень і вуглекислий газ, якими ми дихаємо, неодноразово поглиналися і знову виділялися організмами, що раніше жили.

У міру того як кількість кисню в первісній атмосфері збільшувалася, кисень, що знаходився у верхніх шарах атмосфери, піддавався впливу ультрафіолетових променів і перетворювався на особливо активний виглядкисню – озон. Згодом з'явився значний шар озону, який поглинав ультрафіолетову радіацію та перешкоджав проникненню ультрафіолетових променів до Землі. Таким чином, джерела енергії, який би сприяв подальшій освітіорганічних речовин більше не існувало, але, оскільки живі організми навчилися самі виробляти такі речовини, ця втрата на них не далася взнаки. Навпаки, цей факт сприяв виникненню більш складних і тендітних форм життя. Адже ультрафіолетові променіне тільки сприяють утворенню органічних сполук, але можуть розщепити їх. Якби ми не мали озонового щита, що знаходиться на висоті 15 миль над нашими головами, то сонячні променіубили б нас і більшість інших найвищих тварин. Але навіть і ті ослаблені ультрафіолетові промені, яким вдається досягти земної поверхні, можуть завдати нам хворобливих опіків.

Хоча фотосинтез дозволив рослинам самостійно виробляти собі їжу, але для того, щоб отримувати з неї енергію, їм, як і раніше, доводилося розщеплювати її за допомогою малоефективної ферментації. Більше економічним способом виявилося «спалювання» їжі шляхом з'єднання її з киснем. При такому холодному горінні, або «окисленні», виділяється в 30 разів більше енергії, ніж при ферментації, інакше кажучи, майже вся енергія, що містилася у поєднанні. За наявності кисню живим організмам залишалося лише навчитися використовувати його, що було лише питанням часу. Ті організми, яким вдалося це зробити, отримали величезну перевагу перед організмами, які цього не зробили і тому згодом канули у вічність.

Фотосинтез у поєднанні з ферментацією зробили життя процесом, що самопідтримується. Фотосинтез у поєднанні з окисленням або диханням забезпечив організми додатковими запасами енергії, які стали використовуватися для забезпечення нових форм діяльності організмів.

Однією з нових форм поведінки живих організмів стала звичка пожирати один одного. Це позбавило ряд організмів необхідності виробляти собі їжу. Клітини тварин могли виникнути або незалежно від рослинних клітин, або в результаті еволюції таких рослин-«канібалів». І понині існують одноклітинні організми, які можуть отримувати харчування як за допомогою фотосинтезу, так і хижацьки атакуючи інші фотосинтезуючі організми. Зловживаючи цією властивістю, подібні організми, можливо, втратили свій хлорофіл і стали жити лише за рахунок рослин та собі подібних організмів.

Як давно це сталося? У міру накопичення відомостей та технічних знаньвік життя дедалі більше збільшується, обчислюючись не тисячоліттями і мільйонами, а мільярдами років. В 1965 група вчених з Каліфорнійського університету потрясла весь науковий світвідкриттям, що живі організми населяли Землю майже на мільярд років раніше, ніж досі вважали. У породах, що утворилися 2,7 мільярда років тому, вони виявили молекули, що входили до складу живих організмів, а точніше, як вважають дослідники на чолі з доктором Мелвіллом Калвіном, до складу примітивних хлорофілових рослин - синьо-зелених водоростей. Вони нам знайомі: це слизька зелена пліснява, яка в тихих затонах плаває на поверхні води, покриває каміння та палі. Ці водорості – найпримітивніші рослини з усіх, що існують нині. Вони настільки давні, що структури, що знаходяться всередині їх клітин, ніби звалені в одну купу, а не відокремлені один від одного, як у більш високо організованих рослин.

Глиби породи були привезені із північної частини штату Міннесота; вік їх було визначено шляхом вимірювання рівня їхньої радіоактивності. Дослідники використовували найрізноманітніші хімічні та фізичні методидля того, щоб виявити ці молекули. Дивно те, що організми, які мають здатність до фотосинтезу, були, ймовірно, поширені ще 2,7 мільярда років тому. Хоча синьо-зелені водорості знаходяться на нижньому щаблі сходів еволюції, фотосинтез - дуже складний процес, для виникнення якого знадобилося, мабуть, надзвичайно багато часу - один, а то й цілих два мільярди років. У тому ж 1965 році двоє вчених із Гарвардського університетувиявили сліди ще більш ранніх примітивних живих організмів, подібних до нинішніх бактерій-паличок. Вони знайшли їх у Південній Африці – у брилах, чий вік налічував 3 мільярди років. Це може означати, що життєтворчі процеси почалися невдовзі після народження нашої планети, близько 4,5 мільярда років тому [Стор. 16. Див. примітку до стор. 3.].

Доктор Калвін та його співробітники мають намір шукати сліди живих організмів у найдавніших на нашій Землі породах – у гранітних валунах у Південній Африці, чий вік налічує 3,3 мільярди років. А за словами доктора Бернала, життя могло виникнути навіть раніше найдавніших порід на земній поверхні. Він допускає можливість виникнення органічних молекул у первородній пиловій хмарі, з якої утворилися планети.

А ось що пише у своїй чудовій книзі «Виникнення життя на Землі» Опарін: « Сучасний процесеволюції живих істот у принципі є не що інше, як ряд подальших ланок того безперервного ланцюга перетворень матерії, початок якого йде до найбільш раннім стадіяміснування Землі» [А. І. Опарін. «Виникнення життя Землі». Вид. АН СРСР, М., 1957. (Прим. перекл.)].