какое значение для эволюции организмов имело появление в атмосфере планеты свободного кислорода
Текст книги «Биология. Общая биология. 10–11 классы»
Автор книги: Владимир Пасечник
Жанр: Биология, Наука и Образование
Текущая страница: 26 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]
§ 91. Основные этапы развития жизни на Земле
1. Что такое полимеризация?
2. Что общего и чем отличаются процессы гликолиза и дыхания?
3. В чем отличие эукариот от прокариот?
Вы уже знаете, что жизнь, прежде чем она достигла современного многообразия, прошла длительный путь эволюции.
Гипотеза Опарина – Холдейна была принята и развивалась многими учеными. В 1947 г. английский ученый Джон Бернал сформулировал гипотезу биопоэза. Он выделил три основных этапа формирования жизни: абиогенное возникновение органических мономеров (химический), формирование биологических полимеров (предбиологический) и возникновение первых организмов (биологический) (рис. 142).
Этап химической эволюции. На этом этапе происходил абиогенный синтез органических мономеров. Вы уже знаете, что древняя атмосфера Земли была насыщена вулканическими газами, в состав которых входили оксиды серы, азота, аммиак, оксиды и двуоксиды углерода, пары воды и ряд других веществ. Активная вулканическая деятельность, сопровождавшаяся выбросами больших масс радиоактивных компонентов, сильные и частые электрические разряды во время практически не прекращающихся гроз, а также ультрафиолетовое излучение способствовали образованию органических соединений. Древняя атмосфера не содержала свободного кислорода, поэтому органические соединения не окислялись и могли накапливаться в теплых и даже кипящих водах различных водоемов, постепенно усложняться по строению, формируя так называемый «первичный бульон». Продолжительность этих процессов составляла многие миллионы и десятки миллионов лет.
Рис. 142. Основные этапы формирования жизни
Этап предбиологической эволюции. На этом этапе протекали реакции полимеризации, которые могли активизироваться при значительном увеличении концентрации раствора (пересыхание водоема) и даже во влажном песке. В конечном счете сложные органические соединения формировали белково-нуклеиново-липоидные комплексы (ученые называли их по-разному: коацерваты, гиперциклы, пробионты, прогеноты и т. д.). В результате предбиологического естественного отбора появились первые примитивные живые организмы, которые вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему органическому миру на Земле. Жизнь, очевидно, развивалась в водной среде на некоторой глубине, так как единственной защитой от ультрафиолетового излучения была вода.
Биологический этап эволюции. Большинство ученых считают, что первые примитивные живые организмы были близки по строению к прокариотам. Они питались органическими веществами «первичного бульона», т. е. были гетеротрофами. Самой древней формой обмена веществ являлся, по-видимому, гликолиз.
При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях обострилась конкуренция между древними прокариотами, которая, с одной стороны, способствовала усложнению их строения, с другой – привела к появлению новых способов получения энергии для жизненных процессов. Так произошли крупные ароморфозы – появление автотрофного способа питания (хемосинтез и фотосинтез) и фиксация атмосферного азота. Организмы, способные к автотрофности, т. е. к синтезу органических веществ из неорганических за счет реакций окисления и восстановления, получили значительные преимущества в конкурентной борьбе.
В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это привело к смене восстановительной атмосферы планеты на окислительную, что явилось предпосылкой для возникновения нового типа энергетических процессов – дыхания, отличающегося от гликолиза и брожения значительно большим выходом энергии и ставшего вследствие этого основой более быстрого и эффективного типа обмена веществ. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.
Гипотезы происхождения эукариот. Большинство ученых считают, что эукариоты произошли от прокариотических клеток. Существует две наиболее признанные гипотезы происхождения эукариотических клеток и их органоидов.
Первая гипотеза связывает происхождение эукариотической клетки и ее органоидов с процессом впячивания клеточной мембраны (рис. 143).
Больше сторонников имеет гипотеза симбиотического происхождения эукариотической клетки. Согласно этой гипотезе, митохондрии, пластиды и базальные тельца ресничек и жгутиков эукариотической клетки были когда-то свободноживущими прокариотическими клетками. Органеллами они стали в процессе симбиоза (рис. 144).
Рис. 144. Схема симбиотического образования эукариотической клетки
Рис. 145. Схема, иллюстрирующая гипотезу прогенота
В пользу этой гипотезы свидетельствует наличие собственных РНК и ДНК в митохондриях и хлоропластах. По своему строению РНК митохондрий сходны с РНК пурпурных бактерий, РНК хлоропластов ближе к РНК цианобактерий.
Гипотеза биопоэза. Гипотеза симбиотического происхождения эукариотических клеток. Гипотеза происхождения эукариотических клеток и их органелл путем впячивания клеточной мембраны.
1. Какие основные этапы можно выделить в возникновении и развитии жизни на Земле?
2. Какое значение для эволюции живых организмов имело появление в атмосфере планеты свободного кислорода?
3. Какие доводы свидетельствуют в пользу симбиотической гипотезы происхождения эукариотической клетки?
На основании сравнения последовательности нуклеотидов в рибосомных РНК ученые пришли к выводу, что все живые организмы можно отнести к трем группам: эукариотам, эубактериям и архебактериям (две последние группы – прокариоты). Поскольку генетический код во всех трех группах один и тот же, была выдвинута гипотеза, что они имеют общего предка, которого назвали «прогенот» (т. е. прародитель). Предполагается, что эубактерии и архебактерии могли произойти от прогенота, а современный тип эукариотической клетки, по-видимому, мог возникнуть в результате симбиоза древнего эукариота с эубактериями (рис. 145).
§ 92. Эволюция биосферы
1. Что называется биосферой?
2. Какой состав имела первичная атмосфера планеты?
3. Какие автотрофные организмы вам известны?
Биосфера. Выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский, один из создателей современного взгляда на биосферу, определил ее как наружную оболочку Земли, область распространения жизни. Биосфера включает в себя:
– биогенное вещество, т. е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть и др.);
– биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами), – почвенный покров;
– косное (мертвое) вещество, образованное процессами, в которых живые организмы не участвуют (изверженные горные породы, космическая пыль и т. д.).
Биосфера, возникнув и сформировавшись около 4 млрд лет назад, находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.
Владимир Иванович Вернадский (1864–1945)
Основные этапы развития биосферы. На начальном этапе развития биосферы живые организмы использовали органические соединения первичного океана. Углекислый газ, как побочный продукт обмена веществ, выделялся в атмосферу и накапливался в ней. Каким бы насыщенным ни был «первичный бульон», живые организмы довольно быстро использовали запасы органических веществ первичного океана. Преимущества получили и широко размножились анаэробные организмы, способные синтезировать органические соединения из образующегося в процессе обмена углекислого газа и присутствовавшего в атмосфере водорода. Они восстанавливали углекислый газ до метана:
В то время, по мнению ученых, в составе атмосферы концентрация метана, определявшаяся жизнедеятельностью живых организмов, оставалась примерно на одном уровне (рис. 146).
Для обеспечения условий существования живых организмов необходима была новая форма обмена веществ и получения энергии. Ею стал фотосинтез. У первых фотосинтезирующих микроорганизмов фотосинтез протекал без выделения кислорода (рис. 147).
На следующем этапе эволюции появились организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в атмосферу стал выделяться кислород (рис. 148).
Это повлекло за собой постепенное изменение состава атмосферы Земли. В ней становилось все больше кислорода.
Рис. 146. Схема круговорота углерода на древней Земле
Рис. 147. Схема круговорота углерода с появлением первых фотосинтезирующих микроорганизмов
Рис. 148. Схема круговорота углерода с появлением организмов с современным механизмом фотосинтеза
Для живых организмов того времени кислород был сильнейшим ядом. Фактически наступил экологический кризис. Живые организмы должны были погибнуть или приспособиться к новым условиям среды.
По мере накопления кислорода в атмосфере живым организмам приходилось вырабатывать все более совершенные механизмы его обезвреживания. В конечном итоге живая природа нашла наиболее рациональный путь решения этой проблемы. Появились живые организмы, которые стали использовать кислород для получения энергии. Появился процесс дыхания.
Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Озоновый экран защитил планету от губительных ультрафиолетовых лучей. Это позволило живым организмам развиваться в верхних слоях водоемов, хорошо освещаемых и прогреваемых солнцем, а в дальнейшем завоевать сушу. Процесс дыхания обеспечил организмы энергией, что дало толчок к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.
В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли соответствующее количество углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между автотрофными организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода (рис. 149).
Примерно 80–90 млн лет назад неравенство этих процессов в биосфере перешло в относительное равновесие.
Влияние человека на эволюцию биосферы. Около 2,5 млн лет назад появились первые люди – далекие предки современного человека. Вначале они были охотниками и собирателями. Однако в связи с усовершенствованием орудий охоты человек современного анатомического типа весьма быстро, вероятно всего за два-три тысячелетия, истребил крупных копытных и мамонтов – основу своего пищевого рациона того времени. Охота не могла уже обеспечить пропитание людей. Человек оказался на грани голодной смерти и был обречен на вымирание. Он мог бы и совсем исчезнуть с лица планеты, как исчезли многие биологические виды, например саблезубые тигры и мамонты.
Но этого не произошло, потому что примерно 10 тыс. лет назад человек перешел к земледелию, а несколько позднее и скотоводству, т. е. люди преодолели первый в истории человечества экологический кризис, возникший в результате их деятельности.
Рис. 149. Схема круговорота углерода с появлением у организмов процесса дыхания
Посредством орудий человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой.
С момента развития промышленности до настоящего времени, в связи с активным использованием природных ресурсов и нарушением сложившегося в природе равновесия, процессы разрушения в биосфере стали преобладать над процессами созидания, причем эти тенденции становятся все более выраженными. Биосфера вновь находится на грани экологического кризиса. Его последствия могут быть катастрофическими для человечества.
Мировое сообщество серьезно обеспокоено нарушениями в биосфере, к которым приводит непродуманная деятельность человека. Для их ликвидации принят целый ряд международных соглашений, которые должны уменьшить выброс в атмосферу вредных веществ, защитить от загрязнения почву и водоемы.
1. Почему можно говорить о взаимосвязи развития органического мира и эволюции биосферы?
2. Какие процессы были характерны для раннего этапа эволюции биосферы?
3. Почему на определенных этапах развития биосферы возникали экологические кризисы?
4. Какие закономерности, происходящие в биосфере, можно отметить в преодолении экологического кризиса?
5. Почему можно утверждать, что надвигающийся экологический кризис является результатом деятельности человека?
6. Можно ли считать завершенным процесс формирования биосферы?
Основываясь на знании о развитии жизни на нашей планете, составьте примерную хронологическую таблицу, показывающую основные этапы эволюции биосферы.
Ученые считают, что биохимический механизм, при помощи которого светлячок вырабатывает световую энергию, появился у древних организмов как средство обезвреживания губительного воздействия кислорода.
§ 93. Антропогенное воздействие на биосферу
1. Какие основные компоненты включает в себя биосфера?
2. Какова роль живого вещества в эволюции биосферы?
3. Как происходило развитие (эволюция) биосферы?
4. Какова роль человека в биосфере?
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.
Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных эволюционных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отражения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.
Человек и экологический кризис. Человек, в отличие от всех других живых организмов, не приспосабливался к окружающей его среде, а стремился сделать ее удобной для своей жизни.
В палеолите человек еще вписывался в естественный круговорот веществ в природе. После появления земледелия, скотоводства, а затем добычи и использования полезных ископаемых он сам начал активно вмешиваться в его формирование, вовлекая в круговорот вещества, накопленные былыми биосферами: ископаемые углеводороды, железо и другие полезные ископаемые.
В XVIII в. были сделаны научные открытия, которые вызвали бурное развитие промышленного производства. Это усилило воздействие человека на биосферу.
С появлением современной индустрии пресс человечества на окружающую среду резко возрос. Строятся города, огромные пространства в сельской местности занимаются техническими монокультурами, уничтожаются леса и болота, бесполезные с точки зрения современного человека. Уменьшение биологического разнообразия естественной среды является одной из причин нарушения равновесия в природе.
Редуценты уже не в состоянии полностью переработать отходы, вырабатываемые человеческим обществом. Положение усугубляется тем, что в процессе промышленного производства создается большое количество веществ, которые невозможно разрушить биологическим путем (например, многие пластмассы).
Загрязнение окружающей среды приобретает все большие размеры. Происходит быстрое истощение невозобновляемых природных ресурсов биосферы.
Теперь мы все отчетливее понимаем, что современная цивилизация, основанная на представлении о безграничной неисчерпаемости природных ресурсов, ведет человечество к катастрофе.
Пути выхода из экологического кризиса. В данной ситуации перед человечеством возможны лишь два пути.
Первый – положиться на волю стихии, в этом случае наступающий кризис приведет, скорее всего, к уничтожению человечества.
Следовательно, возможен лишь второй путь – разработка разумной стратегии, общей для всего человечества. Она должна быть направлена на преобразование биосферы Земли, по определению В. И. Вернадского, в «ноосферу» – «сферу разума». В. И. Вернадский писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».
Каждый из нас и человечество в целом должно осознать ограниченность ресурсов на нашей планете. Необходимо четко уяснить, что нарушение законов природы неизбежно ведет к гибели цивилизации. Вот почему экологические знания необходимы каждому члену общества.
Человек – лишь один из биологических видов на нашей планете, и свою деятельность необходимо строить исходя из того, что биосфера без человека существовала и может существовать, человек вне биосферы существовать не может.
1. С какого момента человек выделился из остальной природы? В чем его жизнь стала отличаться от жизни других живых существ?
2. Почему в настоящее время все острее ставится вопрос о надвигающемся экологическом кризисе на нашей планете?
3. Существуют ли пути преодоления экологического кризиса?
4. Что В. И. Вернадский понимал под ноосферой?
Основываясь на знаниях из курса истории, составьте примерную хронологическую таблицу, показывающую формы воздействия человека на окружающую природу в разные периоды развития цивилизации.
Человек является естественной составляющей биосферы, он возник в результате эволюции биосферы, и на него, как и на остальные живые виды, распространяются законы развития биосферы. Как и любой другой вид, человечество имеет свою экологическую нишу, т. е. свою систему взаимоотношений с окружающей средой, законы развития которых человек обязан учитывать в своей практической деятельности и отступление от которых чревато для общества последствиями катастрофического характера.
Краткое содержание главы
Биосфера – не только сфера распространения жизни, но и результат ее деятельности. С возникновением жизни сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособленности. Посредством орудий человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания. С этих пор биосфера вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.
Современная цивилизация, основанная на представлении о безграничной неисчерпаемости природных ресурсов, ведет человечество к катастрофе. Только разумная стратегия всего человечества, направленная на преобразование биосферы Земли в ноосферу, может предотвратить надвигающийся экологический кризис.
Данное произведение размещено по согласованию с ООО «ЛитРес» (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.
Какое значение для эволюции живых организмов имело появление в атмосфере планеты свободного кислорода?
Какое значение для эволюции живых организмов имело появление в атмосфере планеты свободного кислорода?
Много организмов и все они питались гетеротрофно, пищи стало мало.
Приспособились и выжили те организмы.
Которые сумели использовать энергию солнечного света для производства пищи.
Промежуточным продуктом этого процесса(фотосинтеза) является кислород.
Постепенно количество таких организмов увеличилось, с их увеличением в атмосфере стал накапливаться кислоролд.
Организмы смогли подняться из глубины вод ближе к поверхности.
А потом и вовсе вышли на сушу.
Какое значение для эволюции имело появление полового процесса?
Какое значение для эволюции имело появление полового процесса?
Какое значение для эволюции на Земле имело появление многоклеточности?
Какое значение для эволюции на Земле имело появление многоклеточности?
Если на какой либо планете обнаружена жидкость, то это говорит о том что на этой планете : 1 атмосфера содержит кислород 2 сформирована почва 3 есть живые организмы 4 обязательно имеется литосфера?
Если на какой либо планете обнаружена жидкость, то это говорит о том что на этой планете : 1 атмосфера содержит кислород 2 сформирована почва 3 есть живые организмы 4 обязательно имеется литосфера.
Какие ограничения накладывает одноклеточность на эволюцию живых организмов?
Какие ограничения накладывает одноклеточность на эволюцию живых организмов.
Какое значение имеет кислород для живых организмов?
Какое значение имеет кислород для живых организмов.
Растение выделяют кислород?
Растение выделяют кислород.
Какое зто имеет значение для живых организмов.
Почему появление на нашей планете фотосинтезирующих организмов является крупнейшим ароморфозом в эволюции живой материи?
Почему появление на нашей планете фотосинтезирующих организмов является крупнейшим ароморфозом в эволюции живой материи?
Каково значение мейоза в эволюции живых организмов?
Каково значение мейоза в эволюции живых организмов?
Почему при возникновении первых живых организмов в атмосфере земли должен был присутствовать кислород?
Почему при возникновении первых живых организмов в атмосфере земли должен был присутствовать кислород?
В пробірці де сира картопля будуть бульбашки, а там де варена ничого не відбувається.
Спирохеты, Сальманеллы, Стрептококки, Стафилококки, Цианобакитерии, Хламиды, Спириллы, Кокки, Протеобактерии, Фирмикуты. Распределишь сам(а) или помочь? : ).
1 вариант 1) 1в 2б 3а 2) а1 б3 4) 3 5) 3.
Чтобы лутше тебе понять вспомни медуз каракатиц одним словом безхребетных они живут благодаря тому что их нее мышцы сокращены тем самым сжимают жидкость.
5в 6б 7а 8б 9в 10а ответы.
Оптические приборы( лупы, микроскопы) Лотки для раздаточного материала Препарировальные инструменты (скальпели) Пинцеты Доски для работы Лабораторные стеклянные полоски.
Растения тоже живой организм. Потому что им тоже как и людям нужен воздух и вода. Растениям тоже нужно дышать и они требуют солнечного света. В организме растения тоже происходит важные процессы для развития как и у людей.
