2. Проблема жизни в понимании Вернадского
• Один из крупнейших учёных нашей страны
• Академик Вернадский так сформулировал
проблему жизни:
• Было ли когда-нибудь и где-нибудь начало
жизни и живого или жизнь и живое такие
же вечные основы космоса, какими явля-
ются материя и энергия? Характерна ли
жизнь и живое только для одной Земли
или это есть общее проявление космоса?
3. Когда и как возникла жизнь на Земле
• Наша планета возникла около 5 млрд.
лет тому назад. Облик Земли был
тогда иным. Жизни на ней не было.
В атмосфере практически отсутство-
вал свободный кислород. Температу-
ры тоже были другими. На Землю
падало много метеоритов.
После возникновения Земли
начались постепенные измене-
ния температуры, атмосферы и
других характеристик планеты.
Это была эволюция, но без участ-
ия биологической составляющей. Так могла выглядеть
тогда Земля
4. Предбиологическая эволюция
• Условия на Земле менялись, а жизни ещё не было.
• Это была предбиологическая эволюция.
• Постепенно на Земле появлялись всё более сложные
молекулы. Сложные органические молекулы
эволюционировали.
• Так как жизни при этом ещё не возникло, то строгое
научное этого процесса абиогоенная эволюция.
• По имеющимся оценкам жизнь появилась на Земле где-то
около 3,5 млрд. лет тому назад.
• Однако, есть место в северных горах, где найдены следы
жизни ещё более древние – 3,8 млрд. лет тому назад.
• Этот период 3,5--3,8 млрд. лет тому назад можно считать
временем возникновения жизни на Земле.
• Точнее определить его мы пока не можем.
5. Как мы судим о возрасте жизни на нашей планете
• Изучая геологические слои мы часто находим кости,
отпечатки живых существ и растений в этих слоях.
• Это позволяет нам говорить о наличии жизни на Земле в
соответствующий период времени
• Отпечатки, типа того, что приведён
на рисунке – это относительно
близкий к нам период.
• В более ранних слоях таких
отпечатков нет.
В этих случаях о наличии
жизни обычно судят по при-
сутствию осадочных пород.
6. Определение понятия жизнь и о том, как узнать, когда она
возникла
• Этот рисунок просто фантазия.
• Автор считает, что так выгляде-
• ла Земля в период перед началом
• биологической эволюции.
• Что же произошло при
появлении жизни?
• Для этого надо ответить на
вопросы о том, что такое
жизнь и откуда она появи-
лась.
7. Как определить, что такое жизнь
• На первый взгляд кажется достаточно очевидным, что
такое жизнь. Кажется, что очень просто сказать, какие
объекты являются живыми, а какие нет.
• На самом деле – это обманчивое впечатление. Нам так
кажется потому, что в нашем повседневном существовании
мы обращаем внимание на контакты только с высоко-
организованными формами жизни.
• Низкоорганизованные формы жизни мы на практике не
видим, хотя и часто сталкиваемся с ними, например при
пищевых отравлениях, болезнях и т.д. Промежуточные
между жизнью и не жизнью переходные формы материи
уже давно исчезли на Земле.
• Именно поэтому точно определить, что такое жизнь очень и
очень непросто.
8. Как определяли, что такое жизнь
• Самым желательным было бы написать чёткое, краткое и
понятное определения понятия жизнь.
• Такие попытки люди делали уже
в античные времена. Делал их и
• Аристотель. Его изображение при-
ведено справа.
• Перечислить всех авторов этих
определений сложно.
9. В чем трудности определения жизни
• В России многие ещё помнят определение жизни, которое
было дано Фридрихом Энгельсом
• В нём говорилось, что жизнь – это форма существования
белковых тел. К этому ещё добавлялось кое-что об
энергетическом обмене с окружающей средой.
• Это безусловно верно, но не всеобъемлюще.
• Мы не уверены в том, что жизнь не может существовать и
без наличия белков.
• Список недостатков приведённого определения легко
продолжить.
• Практически все известные определения жизни не могут
претендовать на полноту и правильность.
10. Почему так трудно дать определение жизни
• Определить понятие жизни сложно, так как, несмотря на
огромное количество экспериментальных и теоретических
исследований мы знаем о жизни далеко не всё.
• Основных трудностей здесь две.
• Первая- мы не можем создать жизнь искусственно и
поэтому ещё многого не понимаем.
• Вторая трудность – это то, что нам известна жизнь только
на Земле. Это единичный случай. Никаких сравнений мы
сделать не можем. Все предсказания и оценки пока что
принципиально не проверяемы.
• Именно поэтому многие биологи и палеонтологи даже не
хотят рассматривать этот вопрос, отдавая его в рамки
философии или религии, что не всегда разумно.
• Мы должны помнить, что если не искать ответа, то
случайно получить его очень трудно.
11. Перечисление свойств жизни
• Вместо того, чтобы стремиться дать исчерпывающее
определение понятия жизнь можно пойти несколько иным
путём.
• Этот путь изучения проблемы часто используется в науке.
• Он состоит в выявлении и перечислении всех основных
свойств понятия. В данном случае речь идёт об основных
свойствах жизни.
• В этом перечислении не должно быть ни одного лишнего
свойства. Иными словами все свойства в этом перечисле-
нии должны быть обязательными. Отсутствие хотя бы
одного из них, должно приводить к тому, что объект с
уверенностью нельзя считать живым.
• Перечисление свойств должно также обладать полнотой.
Ни одно важное свойство не должно быть пропущено.
• Выполнить такое перечисление свойств очень не просто.
12. Основные свойства (характеристики) жизни
• Для того, чтобы сказать, что такое жизнь, надо дать
определение жизни, то есть сформулировать её
принципиальные признаки.
• Это оказывается крайне сложной задачей.
• Мы уже говорили, что имеются разные уровни организации
биологической организации материи.
• Напомним, что это: молекулярно-генетический уровень
клеточный уровень, тканевый уровень, организменный
уровень, популяционный уровень, биоценотический
уровень и биосферный уровень.
Эти уровни составляют иерархию.
13. О попытках дать научное определение понятия жизнью.
• Определение жизни должно отражать все уровни, которые
были только что перечислены.
• В то же время оно должно быть справедливым для
каждого из уровней в отдельности.
• Это определение должно чётко отделять живое от
неживого. Оно должно включать основные характеристики
(отличия) жизни и в то же самое время не включать в себя
ничего лишнего.
• Опыт показывает, что это неимоверно трудная задача.
• Одной из наиболее принципиальных трудностей при
решении этой задачи является то, что мы знаем только
единичный случай – жизнь на Земле.
• О других возможностях возникновения и существования
жизни мы можем рассуждать только гадательно.
14. Определение жизни по Энгельсу
• В России хорошо известно определение
• Жизни данное Фридрихом Энгельсом.
• Согласно этому определению
• Жизнь – это форма существования
белковых тел.
• Очень часто к этому добавляется
уточнение о наличии у живых
белковых структур энергетического
обмена с окружающей средой.
15. Ещё раз об определении жизни по Энгельсу
• В принципе в определении жизни, которое было сделано
Энгельсом, нет принципиальных ошибок.
• Тем не менее, мы до сих пор не знаем, можно или нет
встретить живую материю в небелковой форме.
• Это определение непродуктивно, ибо существуют тела,
которые не обладают жизнью, хотя и имеют
энергетический обмен с окружающей средой.
• Мы не будем больше останавливаться на этом
определении.
• Скажем, однако. что практически все попытки дать
определение жизни приводят к аналогичным или другим,
но тоже принципиальным затруднениям.
• Всё сказанное привело к тому, что от попыток дать
строгое определение понятия жизнь наука на данном
этапе её развития отказалась.
16. О перечислении свойств жизни
• В тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя
дать строгое определение некоего понятия идут другим
путём.
• В этом случае «просто» перечисляют все свойства,
которыми должно обладать это понятие.
• В список свойств должны входить все необходимые
свойства. В то же время в этом списке не должно быть ни
одного лишнего свойства.
• Такой подход к анализу понятия вполне обоснован.
• Этот подход в чём-то более прост, чем попытка дать
строгое определение.
• В то же время при реализации такого подхода количество
трудностей остаётся очень большим.
• Здесь тоже возможны принципиальные осложнения.
17. Об основных свойствах жизни
• Перечислить все свойства жизни не очень просто.
• Задачей является выделить принципиальные свойства
жизни.
• Мы уделим основное внимание только этим принци-
пиальным свойствам и, сосредоточимся, главным
образом, на тех из них, которые являются для нас
новыми в том смысле, что они не изучались в школьные
годы.
18. Рассмотрение свойств и признаков живого
• Итак, первое, что мы можем сказать: Жизнь является
открытой системой, которой свойственна
иерархическая организация, способность к
самовозобновлению, обмен веществ и тонкие
регуляторные процессы.
• Без этих свойств жизнь не может существовать.
• В то же самое время каждое из этих свойств в отдельности
ещё не обеспечивает наличие жизни.
• В последние годы стало очевидным, что для понимания
жизни, как явления, очень важно понятие информации и
установления того факта, что жизнь связана с
накоплением, закреплением и передачей информации.
19. Об одной особенности информации
• Характерной особенностью информации, столь важной для
понимания феномена жизни, является то, что в отличие,
например, от энергии, информация способна легко
накапливаться и увеличиваться.
• Именно это обстоятельство заставляет внимательнейшим
образом изучить роль информации в процессе описания
жизни, как явления.
20. Основные свойства живого
1. Самовозобновление. Оно основано на обмене веществом и
энергией с окружающей средой, способности хранить и
использовать биологическую информацию.
2. Самовоспроизведение. Оно обеспечивает преемственность
между поколениями биологических систем.
3. Саморегуляция. Она основана на использовании потоков
вещества, энергии и информации.
4. Динамическое равновесие химических процессов в живом
организме
5. Способность к росту живого организма.
21. О необходимости новых определений
• Для того, чтобы с уверенностью говорить о признаках
живого, нам необходимо дать определение нескольких
новых понятий, которые, возможно, понятны интуитивно.
• Эти понятия в большинстве случаев в школе не изучаются.
22. Что такое метаболизм
• Метаболизм в широком смысле – это процесс,
охватывающий усвоение пищевых веществ и построение
из них организма (анаболизм), а также распад в организме
веществ (катаболизм).
• Метаболизм в узком смысле – это превращение внутри
клеток организма определённых веществ, после их
поступления в организм. Это превращение заканчивается
образованием конечных продуктов.
• Метаболизм обеспечивается сложной регуляцией
процессов химического синтеза и химического распада
внутри организма.
23. Что такое гомеостаз.
• Гомеостазом называют поддержание постоянного
состояния в физиологических, а также в социальных
системах.
• Гомеостаз реализуется с помощью механизмов
саморегуляции, которые используют внутренние обратные
связи.
• Для понимания гомеостаза важно усвоить, широко
используемые, например в информатике, понятия
положительной и отрицательной обратной связи.
• Пример гомеостаза – при изменении внешней температуры
температура нашего тела остаётся постоянной за счёт
регуляции процессов выделения энергии внутри организма
и теплоотдачи во внешнюю среду.
24. Что такое раздражимость
• Раздражимость – это реакция организма на изменения
свойств внешней среды.
• Раздражимость состоит в получении информации от
внешней среды и реакции на эту информацию
• Именно на основе раздражимости осуществляются
саморегуляция организма и гомеостаз.
25. Что такое репродукция, наследственность и изменчивость
• Репродукцией называют процесс воспроизведения себе
подобных.
• Наследственность – это поток информации между
поколениями живых существ. Наследственность
обеспечивает преемственность свойств между
поколениями живых организмов.
• Изменчивостью называют появление новых признаков
организма, возникающую в процессе репродукции.
Изменчивость является основой биологической эволюции
26. Что такое онтогенез и филогенез
• Онтогенезом называют процесс индивидуального развития
организма. В процессе онтогенеза происходит реализация
индивидуальной программы, заложенной в организм в
момент его появления на свет.
• Филогенез – это историческое развитие организмов.
Эволюция живого организма в процессе филогенеза
осуществляется в результате наследственной измен
-чивости и таких процессов, как естественный отбор и
борьба за существование. Об этих процессах мы будем
говорить в дальнейших лекциях.
• Закон: Онтогенез является кратким и сжатым
повторением филогенеза.
27. Что такое обмен веществ
• Обмен веществ – это особый способ взаимодействия
живых организмов со внешней средой.
• Обмен веществ требует постоянного притока некоторых
веществ и энергии из внешней среды. Он также требует
выделения в эту среду некоторых веществ – продуктов
диссимиляции.
• Именно благодаря наличию обмена веществ живой
организм является открытой системой.
• Обмен веществ – это питание, дыхание, фотосинтез и т.д.
28. Основные признаки живого
• Вне зависимости от того на каком уровне иерархии
биологического существования находится организм.
он обладает обменом веществ,
раздражимостью. Способ-
ностью к репродукции, воз-
можностью передавать
наследственную информа-
цию и и изменчивостью.
Он также характеризуется
метаболзмом и гомеостазом.
29. Циклы
• Одной из основных особенностей жизни является
способность к усложнению её форм.
• Это проявляется в возникновении
сложных циклов.
• Такие циклы являются прообразом
циклов, характерных для формиро-
вания экосистем.
. Для возникновения жизни важны
те циклы, которые могут запасать
энергию в световой фазе и расхо-
довать её в теневой фазе.
30. Передача информции в организме
• Передача информации в организме
идёт от молекул ДНК через молекулы
• РНК.
• И те, и другие молекулы обладают
определённой вращательной ори-
ентацией.
• Молекула ДНК левовращающая
(см. рисунок)
• Для обеспечения этого процесса,
называемого редупликацией, должна
была возникнуть хиральная чистота,
о которой шла речь на прошлой лекции.
31. Передача информации на молекулярно-генетическом уровне
• Вот так можно представить
себе процесс передачи информа-
ции в белках.
32. Заключительные замечания о том, чем характеризуется
жизнь
• Несмотря на то, что мы знаем очень много о том, какими
свойствами характеризуется жизнь, мы очень плохо
понимаем то, что же это на самом деле такое.
• Этот вопрос давно и глубоко волнует науку.
• Мы же пока отметим для себя, что для определения
понятия жизни мы всё же имеет недостаточно знаний.
• Единственное, что мы можем с уверенностью сказать, это
то, что в начале существования нашей планеты жизни на
ней не было, а затем после длительного этапа предбиоло-
гической эволюции на Земле появилась жизнь.
• Основной вопрос, который при этом необходимо решить –
это то, каким образом на Земле появилась жизнь.
• Это тоже очень сложный вопрос.
33. О возникновении жизни
• Мыв первую очередь интересуемся возникновением жизни
на нашей планете.
• Других мест в Космосе, где существует жизнь мы ещё не
знаем, хотя ряд предположений этого плана имеется.
• Поэтому вопрос о возникновении жизни –это вопрос о её
возникновении на Земле, и возникновении её в Космосе.
• Это разные вопросы, но ответы на их тесно связаны.
• Именно поэтому мы будем просто говорить о возникно-
вении жизни, не всегда уточняя о Земле или Космосе идёт
речь.
• В то же время нас главным образом будет интересовать
именно наша планета.
34. Каким образом могла возникнуть жизнь
• Есть несколько разных гипотез
о возникновении жизни.
• Строго научно доказать, какая из
них справедлива и могла ли
жизнь возникнуть разными па-
раллельными путями нельзя.
• По существу, речь идёт не
о доказательствах, а о вере в
ту или иную гипотезу.
• Тем не менее, есть наиболее
• вероятная гипотеза о воз-
никновении жизни.
• На ней мы в дальнейшем и
• сосредоточимся.
35. Основные гипотезы о возникновении жизни.
• Есть несколько основных гипотез о возникновении жизни.
• Сначала мы их просто перечислим, а затем коротко опишем
каждую из них.
• Наиболее важные гипотезы о возникновении жизни:
1. Жизнь была создана сверхестественным существом –
креационизм.
2. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества –
самозарождение.
3. Жизнь существовала всегда – стационарная гипотеза.
4. Жизнь занесена на нашу планету извне – панспермия.
5. Жизнь возникла однажды в результате процессов,
которые подчиняются химическим и физическим
законам - биохимическая эволюция.
36. Креационизм
• Гипотеза о творении жизни
самая простая и древняя.
• Она не может ответить не
• на вопрос о том, Зачем
было творение.
• Ещё сложнее понять, как
произошло творение:
сразу ли возникли все
нынешние формы жизни
или же были созданы только
простейшие формы, а потом
шла эволюция. Не ясно откуда
на Земле столько вымерших
видов.
37. Трудности креационизма
• На вопросы, которые мы
сформулировали в предыду-
щем слайде, креационизм не
может дать никакого ответа.
• В то же время строго дока-
зать его ошибочность невоз-
можно.
38. Теория самозарождения жизни
• Представления о том, что жизнь постоянно
самопроизвольно возникает на Земле имеет
древнее происхождение.
• Так, пока люди не знали микробов они думали,
что в гниющем мясе сами собой заводятся
червяки и мухи.
• Было множество «гипотез» подобного
рода.
• После того, как Левенгук открыл Спаланцани
микробов, теория самозарождения
жизни была быстро отвергнута.
• Большая заслуга в этом принадлежит Лаццаро Спаланцани
и Луи Пастеру.
39. Теория стационарного состояния
• Теория стационарного состояния предполагает, что жизнь
всегда была и будет существовать во Вселенной.
• Её сторонники считают, что она, также как материя и
энергия существует вечно.
• Эти взгляды, в частности, разделял крупнейший учёный,
один из создателей теории ноосферы, академик
Вернадский.
• Эта теория порождает множество вопросов, которые пока
остаются без ответа.
• Один из них – это вопрос о том, почему вначале жизни на
Земле не было, а затем она возникла.
40. Теория панспермии
• Эта теория предполагает, что жизнь
на Землю занесена из космоса,
например метеоритами.
• Эта теория была предложена в
• 1865 году немецким учёным
• Рихтером. Её разделяли такие
крупнейшие учёные, как
У. Томпсон, Аррениус и Гельмгольц.
• На поверхности метеоритов
найдены органические молекулы.
• Они, однако, не обладают хиральной чистотой.
• Теория панспермии оставляет вопрос о возникновении
жизни открытым, перенося его с Земли в космос.
41. К гипотезе панспермии
• Так выглядят органические структуры, которые приносят
на Землю метеориты.
42. К гипотезе панспермии
• Так представляют
сторонники этой
теории возникновение
жизни из органичес-
ких кирпичиков, зане-
сённых на Землю ме
теоритами.
43. Ещё раз о гипотезе панспермии
• Предполагая то. что жизнь разносится по Вселенной,
нельзя забывать, что тем не менее жизнь должна была
возникнуть в конкретной точке в конкретный момент
времени.
• Это означает, что надо иметь хотя бы некие общие
предположения о том. где находится эта точка и о том,
когда произошло возникновение в ней жизни.
• Без ответа на эти вопросы панспермия может
рассматриваться только, как дополнение к другим теориям
возникновения жизни.
• Это и является основной трудностью данной теории.
44. Биохимическая эволюция
• Идеи биохимической эволюции были впервые высказаны
в 1924 году академиком А.М. Опариным.
• В 1929 году аналогичные представления были развиты
английским учёным Дж. Холдейном.
• Согласно их представлениям
жизнь возникла в первичном
горячем океане в конце до-
биологической эры эволюции
Земли.
• Эту эру иногда называют
катархейской эрой.
А.М. Опарин
45. Основы представлений и биохимической эволюции по
Опарину
• В горячем «бульоне» первич-
ного океана появляются
обособленные от раствора
органические многомолеку-
лярные структуры.
• Их называют коацерватами.
• Академик Опарин сумел искусственно получить
коацерваты, которые были белковыми комплексами.
• Они могли обмениваться с окружающей средой ве-
ществами, а также избирательно накапливать некоторые
вещества.
• Коацерваты похожи на живые клетки, но всё же живыми не
являются.
• Живые клетки пока ещё никому получить не удавалось.
46. Замечание о химическом составе живой клетки
• Таблица Менделеева насчитывает 118 элементов.
• В составе живой клетки эти элементы представлены по-
разному.
• Основными являются несколько элементов таблицы
Менделеева. Их называют макроэлементами.
• Элементы, которые представлены в малых концентрациях
называют микроэлементами.
• Остальные элементы называют ультрамикроэлементами.
• C, H, O, N – это 90% состава живой клетки.
• P – это около 1 % от состава живой клетки.
• Всего же важными и нужными для живой клетки являются
только 11 элементов периодической системы.
47. Достоинства и недостатки теории биохимической
эволюции
• Теория биохимической эволюции является наиболее
состоятельной из всех теорий возникновения жизни.
• Она хорошо согласуется с большинством известных
фактов и представлений.
• Тем не менее и эта теория не может полностью ответить на
все вопросы, которые связаны с возникновением жизни
• Как и все остальные теории она не может объяснить
возникновение хиральной чистоты.
• В то же время ряд положений и представлений теории
биохимической эволюции подтверждены опытным путём.
• Эти опыты связаны, в первую очередь, с работами
американского учёного Миллера.
• Сразу же подчеркнём, что ни в одном эксперименте всё
же не удалось получить искусcтвнную жизнь и обеспе-
чить получение хиральной чистоты.
48. Опыты Миллера
• В 50-х годах XX века
американский учёный
Миллер попытался
имитировать усло-
вия, которые были на
Земле в период воз-
никновения на ней
жизни.
49. Схема опытов Миллера
• В двух колбах помещались те вещества,
которые по предположению были на
Земле в период возникновения на ней
жизни.
• Температура была высокой. Она соот-
ветствовала температурам того вре-
мени.
• Высокое электрическое напряжение
порождало искры, которые имити-
ровали грозовые разряды, так как
предполагалось, что в этот период
над поверхностью Земли бушевали
грозы.
50. Результаты опытов Миллера
• В опытах Миллера 1953 года удалось синтезировать ряд
органических соединений, в том числе столь важные для
жизненных процессов аминокислоты.
• При дальнейшем развитии этих экспериментов С. Фоксу
удалось соединить аминокислоты в короткие
нерегулярные цепи.
• Это был безматричный синтез полипептидов.
• Однако, для возникновения жизни надо, чтобы возникшие
макромолекулы смогли соединиться в клетку.
• Этот последний шаг является неимоверно трудным для
понимания. Путей решения этой задачи пока что не видно.
• Таким образом теория биохимической эволюции, давая
больше результатов по сравнению с другими теориями
возникновения жизни, окончательного ответа на вопрос
всё же не даёт.
51. Где возникла жизнь.
• В соответствии с предположениями
А.М. Опарина жизнь возникла в
«бульоне» первичного горячего
океана.
• Однако, есть и другие гипотезы о
том месте, где возникла жизнь на
Земле.
• Так, Ч. Дарвин считал, что жизнь
возникла в маленьком водоёме.
• Некоторые считают, что она воз-
никла в кусках льда или, наоборот.
в вулканической магме.
• Точного ответа на этот вопрос нет.
52. О местах, где могла возникнуть жизнь в результате
биологической эволюции
• Такими могли быть химические реакции при
возникновении жизни в местах вулканической активности
53. Теоретические успехи последних десятилетий
• Большие успехи в понимании процесса возникновения
жизни связаны с нелинейной термодинамикой.
• Эта наука описывает поведение очень далёких от
равновесия систем.
• Её важнейшим результатом является описание того, как
«самопроизвольно» могут возникнуть структурированные
(разделённые на части) системы.
• На основе теории Дж. Фон Неймана удалось показать, что
способность к самовоспроизведению, то есть к размно-
жению, возникает после достижения определённого
уровня сложности системы.
• Все эти результаты пока только начальные шаги.
• Для дальнейших успехов нужен новый принципиальный
теоретический скачок.
54. Об уточнении понятия жизнь
• Мы уже говорили о том, что дать точное научное
определение понятия жизнь, наука пока не может.
• Не может она до конца справиться и с задачей о
перечислении основных важных характеристик жизни.
• Тем не менее, есть некоторые уточнённые представления о
том, что же это всё-таки такое - Жизнь.
• Мы можем приближенно сказать следующее:
Жизнь – это самподдерживающаяся химическая реакция,
которая может вести себя в соответствии с законами
дарвиновской эволюции. Особи производят подобных
себе потомков и в последующих поколениях проявляют
изменчивость, накопленную в мутациях.
• Это очень нестрогое определение. Оно просто подводит
некий итог нашему нынешнему уровню знаний.
55. Ещё раз о некоторых основных представлениях
молекулярной биологии
• Для того. чтобы в органической системе возникла жизнь,
необходимо. Чтобы некие молекулы обладали свойствами,
которые мы перечислили ранее.
• Большинство специалистов считает. Что этими свойствами
обладают молекулы рибонуклеиновой кислоты – РНК.
• Разные типы этих молекул на ранних стадиях биологи-
ческой эволюции могли удваиваться и подвергаться
мутациям. Таким реализовался естественный отбор.
• В результате естественного отбора возникла молекула ДНК
– хранитель генетической информации. Она стала
катализатором синтеза всех известных нам белковых
молекул
56. Возникновение клетки
• Со временем «живая система» из
из РНК и ДНК нашла себе приют
внутри пространства, окружённого
липидной мембраной.
• Мембрана защищала внутренние
молекулы от внешних воз-
действий. Это был прообраз
живой клетки.
• Живая клетка дала начало всем
основным ветвям жизни.
Со временем клетки Разные специ-
специализировались. ализированные
клетки наших
тканей.
57. Первые шаги жизни на Земле
• Как мы только что сказали, возникшая
• жизнь ещё не имела законченной
• клеточной формы.
• Приблизительно так мы представляем себе первые живые
существа.
58. Простейшие существа нынешнего времени
• Эти существа намного сложнее первых существ на Земле.
Тем не менее, глядя на них, можно попытаться представить
первичные формы жизни на Земле
59. Первые этапы жизни на Земле
• Здесь отражены первые типы жизни и то, как
биологическая
эволюция пошла
разными путями.
60. О необходимости новых определений
• Рассмотрение нового этапа биологической эволюции
связано с использованием ряда новых понятий.
• Для понимания дальнейшего материала нам нужно снова
дать определения нескольких новых понятий.
61. Что такое прокариоты
• Термин прокариоты происходит от греческих слов pro –
перед и karyon – ядро.
• Наряду с термином проnjкариоты используются и другие
термины для обозначения этого типа жизни. Мы их не
приводим.
• Прокариоты – это древнейшие организмы. Они не имеют
чётко выраженного ядра клетки.
• Наследственная информация передаётся с помощью ДНК.
• Прокариоты размножаются делением. Нет никакого
полового процесса
• К прокариотам ныне относятся вирусы, бактерии, сине-
зелёные водоросли, микоплазмы и т.д.
• Сейчас известно около 6.000 видов протокариотовю
• Прокариотов иногда выделяют в особое царство природы.
62. Что такое эукариоты
• Эукариоты или простейшие – это организмы, которые
существуют или в одноклеточном виде или в виде колоний.
• Эукариоты занимают промежуточное положение между
животным и растительным миром.
• Обычно их классифицирую как тип. Однако. иногда их,
также как и прокариотов, выделяют в особое царство
природы.
63. Объяснение термина митохондрии
• Термин митохондрии (или хондросомы) составлен из
греческих слов mitos – нить, chondrion – зёрнышко и
soma – тельце. Это гранулярные или нитевидные
органоиды. На рисунке их колония.
64. Что такое митохондрии
• Митохондрии – это окружённые
двойной мембраной органеллы.
• Они специализируются на синтезе
одной из важнейших кислот, которая
осуществляет энергетическое пи-
тание живых клеток.
митохондрии – это
• Митохондрии – это «энергетические
станции» живой клетки.
• За небольшими исключениями
митохондрии имеются у всех
эукариотических клеток.
65. Чем нам интересны митохондрии
• Интерес к митохондриям связан
не только с их ролью в энергети-
ческом обеспечении живой клетки.
• Митохондрии достались всем жи-
вым существам в наследство от
их далёких предков.
• Сравнивая митохондрии разных
организмов, мы можем сделать
заключение о степени их родства.
• Это позволяет производить
изучение последовательности
развития жизни в процессе
эволюции.
66. Как происходила биологическая эволюция на Земле после
возникновения на ней жизни.
• Подведём некоторые итоги сказанному по нашей теме.
• Примерно 4 млрд. лет тому назад на Земле загадочным
(для нас) образом возникают молекулы РНК. Они способны
к удвоению, воспринимают мутации, наконец «создают»
ДНК.
• 3,9 млрд. лет тому назад появляются одноклеточные
организмы. Они, наверно, были похожи на современные
бактерии. Это прокариоты.
• 2 млрд. лет тому назад появляются сложноорганизованные
• Эукариотные клетки. Они усложни ли своё строение за счёт
поглощения других прокариотных клеток. Появляются
митохондрии. Возникает фотосинтез.
• 1,2 млрд.лет тому назад взрыв эволюции ознаменованный
появлением полового размножения. Появляются новые
высокоорганизованные формы: животные и растения.
68. Дальнейшая эволюция после возникновения жизни
• Кроме приводившейся
таблицы нам полезно
рассмотреть эту ди-
аграмму.
69. Условный календарь биологической и исторической
эволюции на нашей планете
• Таблицы и диаграмма предыдущих слайдов не позволяют
наглядно ощутить масштабы времени.
• Для того, чтобы это можно было почувствовать иногда
используют некий условный календарь.
• В этом календаре считается, что наша планета возникла в 0
часов, 0 минут и 0 некоего условного года.
• Все остальные события на Земле считаются произошедшими
в разное время этого года.
• На следующем слайде история Земли и эволюция жизни на
ней приведены в датах этого календаря.
70. События на Земле в датах условного календаря
• Земля возникла 1 января.
• Первые живые клетки возникли в марте-апреле.
• Первые позвоночные появились в начале декабря.
• Динозавры появились 20 декабря.
• Первые приматы появились 28 декабря.
• Обезьяны появились 31 декабря.
• Неандертальцы появились к вечеру 31 декабря.
• Гомо сапиенс появился 31 декабря в 23 часа 57 минут
• Иисус Христос родился в 23 часа 59 минут и 50 сек.
• Промышленная революция началась в 23 часа 59 минут и
59 сек.
Вот как распределяется историческое время.
71. Что можно увидеть из данных о времени отдельных
этапов биологической эволюции
• Анализируя приведённые выше данные мы видим, что
после возникновения жизни эволюция долго «собиралась
с силами».
• Относительное время существования на Земле
простейших форм жизни во много раз превышает время
существования сложных форм жизни.
• Скачок бурного развития наступил после возникновения
полового размножения и появления на планете свободного
кислорода.
• Кислород появился в результате деятельности простейших
организмов.
72. История фольксвагена
• Работы конструктора Порше, создателя машины
фольксваген начались ещё в 30-е годы XX века.
• В начале 50-х годов была
создана модель «жук».
• Эта модель просщество-
ствовала очень долго.
Когда её сняли с про-
изводства выяснилось,
что неизменным
только корпус. Все
остальные части были
изменены.
73. Биологическая эволюция и «эффект фольксвагена»
• Эволюция долго
имела с бактериями.
• Высокоорганизо-
• ванная жизнь воз-
никла поздно.
• Бактерии накапли-
али изменения, не
меняя числа клеток.
• Внутри они менялись.
Это называют «эффектом фольксвагена» в эволюции.
74. Что осталось от бактерий в нашем организме
• Несмотря на то, что мы ушли от бактерий очень далеко в
нашем организме сохранились следы бактерий-предков.
Половое раз- Реснички Захват других клеток
множение
Митохондрии Жгутики
75. Почему половое размножение сыграло столь большую роль
в возникновении многообразия форм жизни
• Для того, чтобы ответить на этот вопрос, надо отойти
немного в сторону и посмотреть на проблему в целом.
• При взгляде на мир нас всегда поражает многообразие
форм жизни и высокая их приспособленность к
конкретным условиям существования каждой её формы.
• Впечатление от этой целесообразности подсказывает идею
о направленности эволюции, наличии у неё некоего плана.
• Точка зрения о том. что всё в природе идёт к заранее
намеченным путям по строго определенным направлениям
называется телеологией.
• В неё можно верить и опровергнуть логикой такую веру не
просто.
• На самом деле эволюция идёт путем перебора разных
вариантов развития
76. Как надо правильно поставить вопрос
• Эволюция на самом деле отбрасывает плохие варианты.
• Это не значит, что она выбирает наилучшие из них.
• Можно говорить только о целесообразности результатов
• При изучении той или иной проблемы с телеологичесой
точки зрения задаётся вопрос зачем.
• При изучении её с нормальной эволюционной точки зрения
надо спрашивать почему.
• Итак, мы будем интересоваться вопросами:
1. Почему в результате эволюции организмы приобрели
индивидуальную смертность?
2. Почему в результате эволюции возникло половое
размножение?
• Ответы на эти вопросы взаимосвязаны.
77. Решающая роль мутаций
• В процессе жизни клетки составляющие её молекулы
постоянно обновляются.
• Наследственная информация, используемая при
воспроизводстве. Подвержена сбоям – мутациям.
• Без мутаций процесс развития и совершенствования
жизненных форм замедлится.
• Однако, если в течение жизни накопить много мутация, то
система организма в целом «становится дефектной».
• Поэтому самое целесообразное – это на некотором пути
создать несколько полноценных копий организма, а затем
сам исходный организм вместе с избыточными ошибками
мутациями уничтожить.
• Таким образом индивидуальный организм становится
смертным, а вид в целом бессмертным.
• Это бессмертие понимается, как очень длинное, а не
бесконечное существование.
78. Существует ли бессмертие у отдельного организма
• Мы только что сказали, что у организмов индивидуальная
смертность обеспечивает эффективность существования
вида.
• Тем не менее, у самых очень древних организмов,
возникших до появления «эффекта смертности»
бессмертие в смысле отсутствие процесса старения и
естественного умирания известно.
• Таким свойством обладают бактерии.
• Бессмертны и раковые клетки. Однако, это именно клетки,
а не организмы.
• Бактерии же иногда всё же включают механизм
смертности.
79. Почему возникает половой процесс
• Разные особи накапливают разные ошибки.
• При смешении их наследственных свойства в потомстве
достигается большое разнообразие изменений.
• Это убыстрят эволюционный процесс и делает его более
эффективным.
• В то же время наследование свойств двух особей
позволяет за счёт «сильных» доминантных признаков,
подавить «слабые» - рецессивные признаки.
• Это повышает эффективность эволюционного процесса.
• К этому вопросу мы вернёмся более подробно в следющих
лекциях.
80. Запрограммированная смерть клетки
• Смерть клетки – это постоянное проявление
жизнедеятельности многоклеточного организма.
• В здоровом состоянии организм компенсирует смерть
клеток их регенерацией, то есть рождением новых клеток.
• Есть два вида смерти клеток:
1. Некроз –смерть под влиянием внешних воздействий
(несчастный случай, болезнь).
2. Апоптоз – запрограммированная природой смерть
клетки (её самоубийство).
• Обычно смерть клетки происходит после определённого
числаа её делений. Апоптоз «безболезненен». Он
происходит, в частности, путём ослпбления и гибели
митохондрий.
81. О происхождении термина апоптоз
• Термин апоптоз был предложен в 1972 году.
• Он происходит от двух греческих слов apo – отделение и
ptosis – падение.
• Такое название связано с тем, что впервые подобное
явление было описано древнеримским врачом Галеном.
• Гален заметил, что если ветку дерева, на которой уже
начали опадать листья, надломить, то процесс опадения
листьев прекращается.
• Это означает. что опадание листьев идёт не за счёт
внешних обстоятельств,а за счёт заранее
запрограммированного физиологического процесса.
• При надломе ветки этот запрограммированный процесс
прекращается.
82. О проявлении апоптоза
• Апоптоз универсально распространён в мире
многоклеточных организмов.
• Понимание апоптоза важно для борьбы с рядом болезней.
• Есть болезни, когда надо попытаться апоптоз
приостановить
• В случае раковых клеток наоборот желательно вызвать у
них апоптоз, то есть спровоцировать самоубийство.
• Дальнейшее рассмотрение этой очень интересной
проблемы выходит за рамки изучаемых нами вопросов.
83. Ход эволюции после эволюционного взрыва, бывшего
1,2 млрд. лет тому назад
• После возникновения
полового размножения
начался бурный всплеск
видообразования
• Организмы увеличива-
лись в размерах.нача-
лась кислородная ре-
волюция.
• Со временем жизнь
вышла на сушу.
84. Начальные формы морской жизни эпохи начинающегося
расцвета
• Питание растений идёт частично путём фотосинтеза.
85. Жизнь в море эпохи палеозоя
• Здесь собраны воедино разные формы ископаемой
морской фауны.
86. В море появляются первые позвоночные
• Так мы представляем себе первых хордовых (наши очень
далёкие предки).
87. Бурная жизнь в море
• Расцвет рыб и других морских видов.
88. Выход жизни на сушу
• Это происходило на обширных отмелях
• Кистепёрая рыба – предок земных существ.
89. Современная иллюстрация выхода жизни на сушу
• Этот вид акулы открыт совсем недавно – в первые годы
XXI века.
• Это акула, которая пол-
зает по песчаному дну
на плавниках.
• Можно полагать, что
она чем-то похожа
на тех рыб, которые
в далёкие времена
впервые вышли на
сушу.
93. Скелет летающего ящера – предка птиц
• В частях скелета отмечены
те кости. Которые харак-
терны и для ящеров, и
для птиц.
94. Первые млекопитающие
• Австралийская ехидна.
• Ехидна и утконос имеют
клюв, откладывают яйца
и выделяют молоко про-
сто из кожи живота.
• Они сохранились до
настоящего времени.
96. После ухода со сцены гигантских ящеров маленькие
зверьки-млекопитающие захватывают мир, превращаясь в
гигантов.
• В конце эпохи на сцену выходит человек.
• Возникновение пред-
ков человека и их
эволюция – наша
следующая тема.
97. Влияние живых организмов на эволюцию Земли. как целого
• Геологическая эволюция планеты Земля создала условия
для возникновения и развития разных форм жизни.
• Жизнь, в свою очередь, также влияет на геологию,
атмосферу и другие характеристики Земли, как планеты.
• Мы уже знаем несколько примеров такого влияния:
1. Возникновение осадочных пород.
2. Изменение состава атмосферы и появление в ней
свободного кислорода. Кислородная революция
произошла 600 млн. лет тому назад.
3. Зелёная растительность влияет на спектры
отражения и поглощения солнечного света.
• В то же время разные формы жизни влияют и друг на
друга, а вызванные жизнью изменения условий на планете
в свою очередь опять влияют на эволюцию жизни.
98. О влиянии жизни на планету и взаимном влиянии форм
жизни друг на друга
• Свободный кислород, созданный одними видами жизни,
повлиял на возникновение новых форм жизни. Те, в свою,
очередь стали теснить старые, анаэробные формы.
• Насекомые и цветковые растения взаимно повлияли на
эволюцию друг друга.
• Само появление хищников было бы не возможно без
наличия растительных форм жизни.
• Многие из проблем этого типа можно рассмотреть с
помощью простейших математических моделей.
• Одной из таких моделей является модель Лавлока.
• Рассмотрением той модели мы и закончим нашу лекцию.
99. Модель Лавлока.
• Пусть имеется по всем своим характе-
ристикам похожая на Землю.
• Пусть она вращается вокруг Звезды,
которая напоминает наше солнце.
• Пусть планета имеет материки с
хорошим обводнением.
• Пусть единственной формой
жизни на этой планете, которая
называется «Маргаритовый мир»
будут маргаритки.
100. Дополниельные условия модели Лавлока
• Пусть на планете есть две формы маргариток – светлые и
тёмные.
• Эти растения могут существовать
в диапазоне от 5 до 40 градусов
Цельсия.
• Лучше всего эти растения разви-
ваются при 20 градусах.
• Пусть Солнце этой планеты
постепенно увеличивает свою
светимость, также как и настоящие
звёзды.
101. Рассмотрим решение этой крайне упрощённой задачи
• Когда планета прогреется до 5 градусов на ней появятся
цветы.
• Их соотношение во всех местах планеты будет в среднем
одинаковым.
• Однако там. Где случайно тёмных цветов больше, свет
будет отражаться слабее.
• Температура там будет повышаться.
• В тех местах, где случайно будет больше светлых цветов,
температура будет понижаться.
• В результате тёмные цветы вытеснят практически все
светлые.
• После того, как температура повысится до 20 градусов
ситуация изменится и светлые цветы будут побеждать
тёмные.
102. Окончание решения
• Псле того, как температура поднимется до 40 градусов
жизнь на планете опять исчезнет.
• Таким образом на планете из-за взаимодействия будут
последовательно существовать две формы растений.
• Таким образом, меняя отражение света, цветы
взаимодействуют друг с другом.
• Однако самое интересное в другом:
Весь «период жизни» из-за изменения отражения
температура поверхности планеты будет неизменной
и равной 20 градусам.
• Эта задача интересна тем, что она показывает, как
неожиданно может сказаться появление жизни на планете
на её свойствах как целого.
