31.Образование звезд и планет Образование звезд

ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНЕТ

    В масштабах космоса планеты — всего лишь песчинки, играющие незначительную роль в грандиозной картине развития природных процессов. Однако это наиболее разнообразные и сложные объекты Вселенной. Ни у одного из других типов небесных тел не наблюдается подобного взаимодействия астрономических, геологических, химических и биологических процессов. Ни в одном из иных мест в космосе не может зародиться жизнь в том виде, как мы ее знаем. Только в течение последнего десятилетия астрономы обнаружили более 200 планет. Поразительное разнообразие масс, размеров, состава и орбит заставило многих задуматься об их происхождении. В 1970-е гг. формирование планет считалось упорядоченным, детерминированным процессом — конвейером, на котором аморфные газово-пылевые диски превращаются в копии Солнечной системы. Но теперь нам известно, что это хаотичный процесс, предполагающий различный результат для каждой системы. Родившиеся планеты выжили в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе. 

    Наука о формировании планет лежит на стыке астрофизики, планетологии, статистической механики и нелинейной динамики. В целом планетологи развивают два основных направления. Согласно теории последовательной аккреции, крошечные частицы пыли слипаются, образуя крупные глыбы. Если такая глыба притянет к себе много газа, она превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет — в каменистую планету типа Земли. Основные недостатки данной теории — медлительность процесса и возможность рассеяния газа до формирования планеты.      В другом сценарии (теория гравитационной неустойчивости) утверждается, что газовые гиганты формируются путем внезапного коллапса, приводящего к разрушению первичного газово-пылевого облака. Данный процесс в миниатюре копирует формирование звезд. Но гипотеза эта весьма спорная, т.к. предполагает наличие сильной неустойчивости, которая может и не наступить. К тому же астрономы обнаружили, что наиболее массивные планеты и наименее массивные звезды разделены «пустотой» (тел промежуточной массы просто не существует). Такой «провал» свидетельствует о том, что планеты — это не просто маломассивные звезды, но объекты совершенно иного происхождения.      Несмотря на то что ученые продолжают спорить, большинство считает более вероятным сценарий последовательной аккреции. Про него и расскажем.

1. МЕЖЗВЕЗДНОЕ ОБЛАКО СЖИМАЕТСЯ. ВРЕМЯ: 0 (ИСХОДНАЯ ТОЧКА ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНЕТ)

    Наша Солнечная система находится в Галактике, где около 100 млрд звезд и облака пыли и газа, в основном — остатки звезд предыдущих поколений. В данном случае пыль — это всего лишь микроскопические частицы водяного льда, железа и других твердых веществ, сконденсировавшиеся во внешних, прохладных слоях звезды и выброшенные в космическое пространство. Если облака достаточно холодные и плотные, они начинают сжиматься под действием силы гравитации, образуя скопления звезд. Такой процесс может длиться от 100 тыс. до нескольких миллионов лет. 

    Каждую звезду окружает диск из оставшегося вещества, которого достаточно для образования планет. Молодые диски в основном содержат водород и гелий. В их горячих внутренних областях частицы пыли испаряются, а в холодных и разреженных внешних слоях частицы пыли сохраняются и растут по мере конденсации на них пара. Астрономы обнаружили много молодых звезд, окруженных такими дисками. Звезды возрастом от 1 до 3 млн лет обладают газовыми дисками, в то время как у тех, что существуют более 10 млн лет, наблюдаются слабые, бедные газом диски, поскольку газ «выдувает» из него либо сама новорожденная звезда, либо cоседние яркие звезды. Этот диапазон времени как раз и есть эпоха формирования планет. Масса тяжелых элементов в таких дисках сравнима с массой данных элементов в планетах Солнечной системы: довольно сильный аргумент в защиту того факта, что планеты образуются из таких дисков.      Результат: новорожденная звезда окружена газом и крошечными (микронного размера) частицами пыли.

2. ДИСК ПРИОБРЕТАЕТ СТРУКТУРУ. ВРЕМЯ: ОКОЛО 1 МЛН ЛЕТ

    Частицы пыли в протопланетном диске, хаотически двигаясь вместе с потоками газа, сталкиваются друг с другом и при этом иногда слипаются, иногда разрушаются. Пылинки поглощают свет звезды и переизлучают его в длинноволновом инфракрасном диапазоне, передавая тепло в самые темные внутренние области диска. Температура, плотность и давление газа в целом снижаются с удалением от звезды. Из-за баланса давления, гравитации и центробежной силы скорость вращения газа вокруг звезды меньше, чем у свободного тела на таком же расстоянии.      В результате пылинки размером более нескольких миллиметров опережают газ, поэтому встречный ветер тормозит их и вынуждает по спирали опускаться к звезде. Чем крупнее становятся эти частицы, тем быстрее они движутся вниз. Глыбы метрового размера могут сократить свое расстояние от звезды вдвое всего за 1000 лет. Приближаясь к звезде, частицы нагреваются, и постепенно вода и другие вещества с низкой температурой кипения, называемые летучими веществами, испаряются. Расстояние, на котором это происходит, — так называемая «линия льда», — составляет 2–4 астрономических единицы (а.е.). В Солнечной системе это как раз нечто среднее между орбитами Марса и Юпитера (радиус орбиты Земли равен 1 а.е.).      Линия льда делит планетную систему на внутреннюю область, лишенную летучих веществ и содержащую твердые тела, и внешнюю, богатую летучими веществами и содержащую ледяные тела. На самой линии льда накапливаются молекулы воды, испарившиеся из пылинок, что служит пусковым механизмом для целого каскада явлений. В этой области происходит разрыв в параметрах газа, и возникает скачок давления. Баланс сил заставляет газ ускорять свое движение вокруг центральной звезды. В результате попадающие сюда частицы оказываются под влиянием не встречного, а попутного ветра, подгоняющего их вперед и останавливающего их миграцию внутрь диска. А поскольку из его внешних слоев продолжают поступать частицы, линия льда превращается в полосу его скопления.      Скапливаясь, частицы сталкиваются и растут. Некоторые из них прорываются за линию льда и продолжают миграцию внутрь; нагреваясь, они покрываются жидкой грязью и сложными молекулами, что делает их более липкими. Некоторые области настолько заполняются пылью, что взаимное гравитационное притяжение частиц ускоряет их рост. Постепенно пылинки собираются в тела километрового размера, называемые планетезималями, которые на последней стадии формирования планет сгребают почти всю первичную пыль. Увидеть сами планетезимали в формирующихся планетных системах трудно, но астрономы могут догадываться об их существовании по обломкам их столкновений.      Результат: множество километровых «строительных блоков», называемых планетезималями.

3. ФОРМИРУЮТСЯ ЗАРОДЫШИ ПЛАНЕТ. ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 10 МЛН ЛЕТ

    Покрытые кратерами поверхности Меркурия, Луны и астероидов не оставляют сомнения в том, что в период формирования планетные системы похожи на стрелковый тир. Взаимные столкновения планетезималей могут стимулировать как их рост, так и разрушение. Баланс между коагуляцией и фрагментацией приводит к распределению по размерам, при котором мелкие тела в основном отвечают за площадь поверхности системы, а крупные определяют ее массу. Орбиты тел вокруг звезды вначале могут быть эллиптическими, но со временем торможение в газе и взаимные столкновения превращают орбиты в круговые.      Вначале рост тела происходит в силу случайных столкновений. Но чем больше становится планетезималь, тем сильнее ее гравитация, тем интенсивнее она поглощает своих маломассивных соседей. Когда массы планетезималей становятся сравнимы с массой Луны, их гравитация возрастает настолько, что они встряхивают окружающие тела и отклоняют их в стороны еще до столкновения. Этим они ограничивают свой рост. Так возникают «олигархи» — зародыши планет со сравнимыми массами, конкурирующие друг с другом за оставшиеся планетезимали. 

    Зоной питания каждого зародыша служит узкая полоса вдоль его орбиты. Рост прекращается, когда зародыш поглотит большую часть планетезималей из своей зоны. Элементарная геометрия показывает, что размер зоны и продолжительность поглощения возрастают с удалением от звезды. На расстоянии 1 а.е. зародыши достигают массы 0,1 массы Земли в течение 100 тыс. лет. На расстоянии 5 а.е. они достигают четырех земных масс за несколько миллионов лет. 

    Зародыши могут стать еще больше вблизи линии льда или на краях разрывов диска, где концентрируются планетезимали. Рост «олигархов» заполняет систему излишком тел, стремящихся стать планетами, но лишь немногим это удается. В нашей Солнечной системе планеты хотя и распределены по большому пространству, но они близки друг к другу насколько это возможно. Если между планетами земного типа поместить еще одну планету с массой Земли, то она выведет из равновесия всю систему. То же самое можно сказать и о других известных системах планет. Если вы видите чашку кофе, заполненную до краев, то можете быть почти уверены, что кто-то ее переполнил и разлил немного жидкости; маловероятно, что можно до краев наполнить емкость, не разлив ни капли. Настолько же вероятно, что планетные системы в начале своей жизни обладают большим количеством вещества, чем в конце. Некоторые объекты выбрасываются из системы прежде, чем она достигнет равновесия. Астрономы уже наблюдали свободно летающие планеты в молодых звездных скоплениях.      Результат: «олигархи» — зародыши планет с массами в диапазоне от массы Луны до массы Земли.

4. РОЖДАЕТСЯ ГАЗОВЫЙ ГИГАНТ. ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 10 МЛН ЛЕТ

    Вероятно, Юпитер начинался с зародыша, сравнимого по размеру с Землей, а затем накопил еще около 300 земных масс газа. Такой внушительный рост обусловлен различными конкурирующими механизмами. Гравитация зародыша притягивает газ из диска, но сжимающийся к зародышу газ выделяет энергию, и чтобы осесть, он должен охлаждаться. Следовательно, скорость роста ограничена возможностью охлаждения. Если оно происходит слишком медленно, звезда может сдуть газ обратно в диск прежде, чем зародыш образует вокруг себя плотную атмосферу. Самым узким местом в отводе тепла является перенос излучения сквозь внешние слои растущей атмосферы. 

    Поток тепла там определяется непрозрачностью газа (в основном зависит от его состава) и градиентом температуры (зависит от начальной массы зародыша). Ранние модели показали, что зародыш планеты для достаточно быстрого охлаждения должен иметь массу не менее 10 масс Земли. Такой крупный экземпляр может вырасти лишь вблизи линии льда, где ранее собралось много вещества. Возможно, поэтому Юпитер расположен как раз за этой линией. Крупные зародыши могут образоваться и в любом другом месте, если диск содержит больше вещества, чем обычно предполагают планетологи. Астрономы уже наблюдали немало звезд, диски вокруг которых в несколько раз плотнее предполагавшихся ранее. Для крупного образца перенос тепла не представляется серьезной проблемой.      Другой фактор, затрудняющий рождение газовых гигантов, — движение зародыша по спирали к звезде. В процессе, называемом миграцией I-го типа, зародыш возбуждает волны в газовом диске, которые в свою очередь гравитационно воздействуют на его движение по орбите. Волны следуют за планетой, как тянется за лодкой ее след. Газ на внешней стороне орбиты вращается медленнее зародыша и влечет его назад, тормозя движение. А газ внутри орбиты вращается быстрее и тянет вперед, ускоряя его. Внешняя область обширнее, поэтому она выигрывает битву и заставляет зародыш терять энергию и опускаться к центру орбиты на несколько астрономических единиц за миллион лет. Эта миграция обычно прекращается у линии льда. Здесь встречный газовый ветер превращается в попутный и начинает подталкивать зародыш вперед, компенсируя его торможение. Возможно, еще и поэтому Юпитер находится именно там, где он находится.      Рост зародыша, его миграция и потеря газа из диска происходят почти в одном и том же темпе. Какой процесс победит — зависит от везения. Возможно, несколько поколений зародышей пройдут через процесс миграции, не будучи способными завершить свой рост. За ними из внешних областей диска к его центру движутся новые партии планетезималей, и это повторяется до тех пор, пока в конце концов не образуется газовый гигант, или же пока весь газ не рассосется, и газовый гигант уже не сможет сформироваться. Астрономы открыли планеты типа Юпитера примерно у 10% исследованных солнцеподобных звезд. Ядра таких планет могут быть редкими зародышами, выжившими из многих поколений — по-следними из могикан.      Итог всех этих процессов зависит от начального состава вещества. Примерно треть звезд, богатых тяжелыми элементами, имеет планеты типа Юпитера. Возможно, у таких звезд были плотные диски, позволившие сформироваться массивным зародышам, у которых не было проблем с теплоотводом. И, напротив, вокруг звезд, бедных тяжелыми элементами, планеты формируются редко. В некий момент масса планеты начинает расти чудовищно быстро: за 1000 лет планета типа Юпитера приобретает половину своей конечной массы. При этом она выделяет так много тепла, что сияет почти как Солнце. Процесс стабилизируется, когда планета становится настолько массивной, что поворачивает миграцию I-го типа «с ног на голову». Вместо того чтобы диск менял орбиту планеты, сама планета начинает изменять движение газа в диске. Газ внутри орбиты планеты вращается быстрее нее, поэтому ее притяжение тормозит газ, вынуждая его падать в сторону звезды, т.е. от планеты. Газ же вне орбиты планеты вращается медленнее, поэтому планета ускоряет его, заставляя двигаться наружу, опять же от планеты. Таким образом, планета создает разрыв в диске и уничтожает запас строительного материала. Газ пытается его заполнить, но компьютерные модели показывают, что планета выигрывает битву, если при расстоянии в 5 а.е. ее масса превышает массу Юпитера. 

    Эта критическая масса зависит от эпохи. Чем раньше формируется планета, тем больше будет ее рост, поскольку в диске еще много газа. У Сатурна масса меньше, чем у Юпитера, просто потому, что он сформировался на несколько миллионов лет позже. Астрономы обнаружили дефицит планет с массами от 20 масс Земли (это масса Нептуна) до 100 земных масс (масса Сатурна). Это может стать ключом к восстановлению картины эволюции.      Результат: Планета размером с Юпитер (или ее отсутствие).

5. ГАЗОВЫЙ ГИГАНТ СТАНОВИТСЯ НЕУСИДЧИВЫМ. ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 3 МЛН ЛЕТ

    Как ни странно, многие внесолнечные планеты, открытые за последние десять лет, обращаются вокруг своей звезды на очень близком расстоянии, гораздо ближе, чем Меркурий — вокруг Солнца. Эти так называемые «горячие Юпитеры» сформировались не там, где они находятся сейчас, т.к. орбитальная зона питания была бы слишком мала для поставки необходимого вещества. Возможно, для их существования нужна трехступенчатая последовательность событий, которая по какой-то причине не реализовалась в нашей Солнечной системе.      Во-первых, газовый гигант должен формироваться во внутренней части планетной системы, вблизи линии льда, пока в диске еще достаточно газа. Но для этого в диске должно быть много и твердого вещества. Во-вторых, планета-гигант должна переместиться к месту своего нынешнего расположения. Миграция I-го типа не может обеспечить этого, т.к. она действует на зародыши еще до того, как они наберут много газа. Но возможна и миграция II-го типа. Формирующийся гигант создает разрыв в диске и сдерживает течение газа через свою орбиту. В этом случае он должен бороться с тенденцией турбулентного газа распространяться в смежные области диска. Газ никогда не перестанет сочиться в разрыв, и его диффузия к центральной звезде заставит планету терять орбитальную энергию.      Этот процесс довольно медленный: нужно несколько миллионов лет для перемещения планеты на несколько астрономических единиц. Поэтому планета должна начать формироваться во внутренней части системы, если в итоге ей предстоит выйти на орбиту вблизи звезды. Когда эта и другие планеты продвигаются внутрь, они толкают перед собой оставшиеся планетезимали и зародыши, возможно, создавая «горячие Земли» на еще более близких к звезде орбитах. В-третьих, что-то должно остановить движение, прежде чем планета упадет на звезду. Это может быть магнитное поле звезды, расчищающее от газа пространство вблизи звезды, а без газа движение прекращается. Возможно, планета возбуждает приливы на звезде, а они в свою очередь замедляют падение планеты. Но эти ограничители могут и не срабатывать во всех системах, поэтому многие планеты могут продолжать свое движение к звезде.      Результат: планета-гигант на близкой орбите («горячий Юпитер»).

6. ПОЯВЛЯЮТСЯ И ДРУГИЕ ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ. ВРЕМЯ: ОТ 2 ДО 10 МЛН ЛЕТ

    Если удалось сформироваться одному газовому гиганту, то он способствует рождению следующих гигантов. Многие, а возможно и большинство известных планет-гигантов имеют близнецов сравнимой массы. В Солнечной системе Юпитер помог Сатурну сформироваться быстрее, чем это произошло бы без его помощи. Кроме того, он «протянул руку помощи» Урану и Нептуну, без чего они не достигли бы своей нынешней массы. На их расстоянии от Солнца процесс формирования без посторонней помощи шел бы очень медленно: диск рассосался бы еще до того, как планеты успели бы набрать массу.      Первый газовый гигант оказывается полезным по нескольким причинам. У внешней кромки образованного им разрыва вещество концентрируется, в общем, по той же причине, что и на линии льда: перепад давления заставляет газ ускоряться и действовать как попутный ветер на пылинки и планетезимали, останавливая их миграцию из внешних областей диска. К тому же гравитация первого газового гиганта часто отбрасывает соседние с ним планетезимали во внешнюю область системы, где из них формируются новые планеты. 

    Второе поколение планет формируется из вещества, собранного для них первым газовым гигантом. При этом большое значение имеет темп: даже небольшая задержка во времени может существенно изменить результат. В случае Урана и Нептуна аккумуляция планетезималей была чрезмерной. Зародыш стал слишком большим, 10–20 земных масс, что отсрочило начало аккреции газа до момента, когда в диске его почти не осталось. Формирование этих тел завершилось, когда они набрали всего по две земных массы газа. Но это уже не газовые, а ледяные гиганты, которые могут оказаться самым распространенным типом.      Гравитационные поля планет второго поколения увеличивают в системе хаос. Если эти тела сформировались слишком близко, их взаимодействие друг с другом и с газовым диском может выбросить их на более высокие эллиптические орбиты. В Солнечной системе планеты имеют почти круговые орбиты и достаточно удалены друг от друга, что уменьшает их взаимное влияние. Но в других планетных системах орбиты как правило эллиптические. В некоторых системах они резонансные, т.е. орбитальные периоды соотносятся как небольшие целые числа. Вряд ли это было заложено при формировании, но могло возникнуть при миграции планет, когда постепенно взаимное гравитационное влияние привязало их друг к другу. Различие между такими системами и Солнечной системой могло определяться разным начальным распределением газа.      Большинство звезд рождаются в скоплениях, причем более половины из них — двойные. Планеты могут сформироваться не в плоскости орбитального движения звезд; в этом случае гравитация соседней звезды быстро перестраивает и искажает орбиты планет, образуя не такие плоские системы, как наша Солнечная, а сферические, напоминающие рой пчел вокруг улья.      Результат: компания планет-гигантов.

7. ФОРМИРУЮТСЯ ПЛАНЕТЫ ТИПА ЗЕМЛИ. ВРЕМЯ: ОТ 10 ДО 100 МЛН ЛЕТ

    Планетологи считают, что похожие на Землю планеты распространены больше, чем планеты-гиганты. Несмотря на то что рождение газового гиганта требует точного баланса конкурирующих процессов, формирование твердой планеты должно быть намного сложнее. До обнаружения внесолнечных землеподобных планет мы опирались лишь на данные о Солнечной системе. Четыре планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — в основном состоят из веществ с высокой температурой кипения, таких как железо и силикатные породы. Это свидетельствует о том, что сформировались они внутри линии льда и заметно не мигрировали. На таких расстояниях от звезды зародыши планет могут вырасти в газовом диске до 0,1 земной массы, т.е. не больше чем Меркурий. Для дальнейшего роста нужно, чтобы орбиты зародышей пересекались, тогда они будут сталкиваться и сливаться. Условия для этого возникают после испарения газа из диска: под действием взаимных возмущений в течение нескольких миллионов лет орбиты зародышей вытягиваются в эллипсы и начинают пересекаться.      Гораздо труднее объяснить, как система вновь стабилизирует себя, и как планеты земной группы оказались на их нынешних почти круговых орбитах. Небольшое количество оставшегося газа могло бы это обеспечить, но такой газ должен был предотвратить изначальное «разбалтывание» орбит зародышей. Возможно, когда планеты уже почти сформировались, остается еще приличный рой планетезималей. В течение следующих 100 млн лет планеты сметают часть из этих планетезималей, а оставшиеся отклоняют в сторону Солнца. Планеты передают свое беспорядочное движение обреченным планетезималям и переходят на круговые или почти круговые орбиты. Согласно другой идее, длительное влияние гравитации Юпитера вызывает у формирующихся планет земной группы миграцию, передвигая их в области со свежим веществом. Это влияние должно быть сильнее на резонансных орбитах, которые постепенно сдвигались внутрь по мере опускания Юпитера к его современной орбите. Радиоизотопные измерения указывают, что астероиды сформировались первыми (спустя 4 млн лет после образования Солнца), затем — Марс (через 10 млн лет), а позже — Земля (через 50 млн лет): как будто бы поднятая Юпитером волна прошла через Солнечную систему. Если бы она не встретила препятствий, то сдвинула бы все планеты земной группы к орбите Меркурия. Как же им удалось избежать столь печальной участи? Возможно, они уже стали слишком массивными, и Юпитер не смог их сильно сдвинуть, а может быть, сильные удары выбросили их из зоны действия Юпитера. 

    Заметим, что многие планетологи не считают роль Юпитера решающей в формировании твердых планет. Большинство солнцеподобных звезд лишено планет типа Юпитера, но вокруг них есть пылевые диски. А значит, там есть планетезимали и зародыши планет, из которых могут сформироваться объекты типа Земли. Основной вопрос, на который должны ответить наблюдатели в ближайшее десятилетие, — в скольких системах есть земли, но нет юпитеров.      Важнейшей эпохой для нашей планеты стал период между 30 и 100 млн лет после формирования Солнца, когда зародыш размером с Марс врезался в прото-Землю и породил гигантское количество обломков, из которых сформировалась Луна. Столь мощный удар, конечно же, разбросал огромное количество вещества по Солнечной системе; поэтому землеподобные планеты в других системах тоже могут иметь спутники. Этот сильный удар должен был сорвать первичную атмосферу Земли. Ее современная атмосфера в основном возникла из газа, заключенного в планетезималях. Из них сформировалась Земля, а позже этот газ вышел наружу при извержении вулканов.      Результат: планеты земного типа.

8. НАЧИНАЮТСЯ ОПЕРАЦИИ ПО ЗАЧИСТКЕ. ВРЕМЯ: ОТ 50 МЛН ДО 1 МЛРД ЛЕТ

    К этому моменту планетная система уже почти сформировалась. Продолжаются еще несколько второстепенных процессов: распад окружающего звездного скопления, способного своей гравитацией дестабилизировать орбиты планет; внутренняя неустойчивость, возникающая после того, как звезда окончательно разрушает свой газовый диск; и, наконец, продолжающееся рассеивание оставшихся планетезималей гигантской планетой. В Солнечной системе Уран и Нептун выбрасывают планетезимали наружу, в пояс Койпера, или же к Солнцу. А Юпитер своим мощным тяготением отсылает их в облако Оорта, на самый край области гравитационного влияния Солнца. В облаке Оорта может содержаться около 100 земных масс вещества. Время от времени планетезимали из пояса Койпера или облака Оорта приближаются к Солнцу, образуя кометы.      Разбрасывая планетезимали, сами планеты немного мигрируют, и этим можно объяснить синхронизацию орбит Плутона и Нептуна. Возможно, орбита Сатурна когда-то располагалась ближе к Юпитеру, но затем отдалилась от него. Вероятно, с этим связана так называемая поздняя эпоха сильной бомбардировки — период очень интенсивных столкновений с Луной (и, по-видимому, с Землей), наступивший спустя 800 млн лет после формирования Солнца. В некоторых системах грандиозные столкновения сформировавшихся планет могут возникать на поздней стадии развития.      Результат: Конец формирования планет и комет.

НЕТ ЕДИНОГО ПЛАНА

    До начала эры открытия внесолнечных планет мы могли изучать только Солнечную систему. Несмотря на то что это позволило нам понять микрофизику важнейших процессов, у нас не было представления о путях развития иных систем. Удивительное разнообразие планет, обнаруженных за последнее десятилетие, значительно раздвинуло горизонт наших знаний. Мы начинаем понимать, что внесолнечные планеты — это последнее выжившее поколение в ряду протопланет, испытавших формирование, миграцию, разрушение и непрерывную динамическую эволюцию. Относительный порядок в нашей Солнечной системе не может быть отражением какого-то общего плана.      От попыток выяснить, как в далеком прошлом формировалась наша Солнечная система, теоретики обратились к исследованиям, позволяющим делать прогнозы о свойствах еще не открытых систем, которые могут быть обнаружены в ближайшее время. До сих пор наблюдатели замечали вблизи солнцеподобных звезд только планеты с массами порядка массы Юпитера. Вооружившись приборами нового поколения, они смогут искать объекты земного типа, которые в соответствии с теорией последовательной аккреции должны быть широко распространены. Планетологи только начинают осознавать то, насколько разнообразны миры во Вселенной.

32. Земля и луна. Осн. Хар-ки.

Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру,массе и плотности среди планет земной группы.

Чаще всего упоминается как Мир, Голубая планета^[16][17][18], иногда Терра (отлат. Terra). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми организмами.

Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад,^{[19][20][21][22]} и вскоре после этогоприобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Радиация, обусловленная самой земной корой, со времён её образования значительно снизилась благодаря постепенному распаду радионуклидов в ней. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые движутся по поверхности со скоростями порядка сантиметров в год. Приблизительно 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан^[23], остальную часть поверхности занимаютконтиненты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы, кроме Земли. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, очень вязкого слоя, называемогомантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое ядро, предположительно, железное.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени — сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток). Сутки сейчас составляют примерно 24 часа^[24]. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты^{[источник не указан 257 дней]} и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли и отдаляют Луну. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ^[25].

Строение Земли

Земля относится к планетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет^[41].

Земле требуется в среднем 23 часа 56 минут и 4,091 секунд (звёздные сутки), чтобы совершить один оборот вокруг своей оси^[68]. Скорость вращения планеты с запада на восток составляет примерно 15 градусов в час (1 градус в 4 минуты, 15' в минуту). Это эквивалентно угловому диаметру Солнца или Луны каждые две минуты (видимые размеры Солнца и Луны примерно одинаковы).

Вращение Земли нестабильно: скорость её вращения относительно небесной сферы меняется (в апреле и ноябре продолжительность суток отличается от эталонных на 0,001 с), ось вращенияпрецессирует (на 20,1" в год) и колеблется (удаление мгновенного полюса от среднего не превышает 15')^[69]. В большом масштабе времени — замедляется. Продолжительность одного оборота Земли увеличивалась за последние 2000 лет в среднем на 0,0023 секунды в столетие (по наблюдениям за последние 250 лет это увеличение меньше — около 0,0014 секунды за 100 лет)^[70].

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн км со средней скоростью 29,765 км/сек. Скорость колеблется от 30,27 км/сек (в перигелии) до 29,27 км/сек (вафелии)^[71]. Двигаясь по орбите, Земля совершает полный оборот за 365,2564 средних солнечных суток (один звёздный год). С Земли перемещение Солнца относительно звёзд составляет около 1° в день в восточном направлении. Скорость движения Земли по орбите непостоянна: в июле (при прохождении афелия) она минимальна и составляет около 60 угловых минут в сутки, а при прохождении перигелия в январе максимальна, около 62 минут в сутки. Солнце и вся солнечная система обращается вокруг центра галактики Млечного Пути по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c. В свою очередь, Солнечная система в составе Млечного Пути движется со скоростью примерно 20 км/с по направлению к точке (апексу), находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса, ускоряясь по мере расширения Вселенной. Увлекаемая движением Солнца, Земля описывает в пространстве винтовую линию.

Снимок Земли, сделанный космическим аппаратом Вояджер-1 с расстояния в 6 млрд км (40 а.е.) от Земли.

Снимок Земли, сделанный космическим аппаратом Юнона с расстояния в 9,66 миллионов километров (0.06457 а.е.) от Земли. 26 августа 2011

Земля с Марса

Луна обращается вместе с Землёй вокруг общего центра масс каждые 27,32 суток относительно звёзд. Промежуток времени между двумя одинаковыми фазами луны (синодический месяц) составляет 29,53059 дня. Если смотреть с северного полюса мира, Луна движется вокруг Землипротив часовой стрелки. В эту же сторону происходит и обращение всех планет вокруг Солнца, и вращение Солнца, Земли и Луны вокрг своей оси. Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости её орбиты на 23,5 градуса (направление и угол наклона оси Земли изменяется из-за прецессии, а видимое возвышение Солнца зависит от времени года); орбита Луны наклонена на 5 градусов относительно орбиты Земли (без этого отклонения в каждом месяце происходило бы одно солнечное и одно лунное затмение)^[72].

Из-за наклона оси Земли высота Солнца над горизонтом в течение года изменяется. Для наблюдателя в северных широтах летом, когда Cеверный полюс наклонён к Солнцу, светлое время суток длится дольше и Солнце в небе находится выше. Это приводит к более высоким средним температурам воздуха. Когда Северный полюс отклоняется в противоположную от Солнца сторону, всё становится наоборот и климат делается холоднее. За Северным полярным кругом в это время бывает полярная ночь, которая на широте Северного полярного круга длится почти двое суток (солнце не восходит в день зимнего солнцестояния), достигая на Северном полюсе полугода.

Эти изменения климата (обусловленные наклоном земной оси) приводят к смене времён года. Четыре сезона определяются солнцестояниями — моментами, когда земная ось максимально наклонена по направлению к Солнцу либо от Солнца, — и равноденствиями. Зимнее солнцестояние происходит около 21 декабря, летнее — примерно 21 июня, весеннее равноденствие — приблизительно 20 марта, а осеннее — 23 сентября. Когда Северный полюс наклонён к Солнцу, южный, соответственно, наклонён от него. Таким образом, когда в северном полушарии лето, в южном — зима, и наоборот (хотя месяцы называются одинаково, то есть, например,февраль в северном полушарии — последний (и самый холодный) месяц зимы, а в южном — последний (и самый тёплый) месяц лета).

Угол наклона земной оси относительно постоянен в течение длительного времени. Однако он претерпевает незначительные смещения (известные как нутация) с периодичностью 18,6 лет. Также существуют долгопериодические колебания (около 41 000 лет), известные как циклы Миланковича. Ориентация оси Земли со временем тоже изменяется, длительность периода прецессии составляет 25 000 лет; эта прецессия является причиной различия звёздного года итропического года. Оба эти движения вызваны меняющимся притяжением, действующим со стороны Солнца и Луны на экваториальную выпуклость Земли. Полюсы Земли перемещаются относительно её поверхности на несколько метров. Такое движение полюсов имеет разнообразные циклические составляющие, которые вместе называются квазипериодическим движением. В дополнение к годичным компонентам этого движения существует 14-месячный цикл, именуемый чандлеровским движением полюсов Земли. Скорость вращения Земли также не постоянна, что отражается в изменении продолжительности суток^[73].

В настоящее время Земля проходит перигелий около 3 января, а афелий — примерно 4 июля. Количество солнечной энергии, достигающей Земли в перигелии, на 6,9 % больше, чем в афелии, поскольку расстояние от Земли до Солнца в афелии больше на 3,4 %. Это объясняетсязаконом обратных квадратов. Так как южное полушарие наклонено в сторону Солнца примерно в то же время, когда Земля находится ближе всего к Солнцу, то в течение года оно получает немного больше солнечной энергии, чем северное. Однако этот эффект значительно менее значим, чем изменение полной энергии, обусловленное наклоном земной оси, и, кроме того, бо́льшая часть избыточной энергии поглощается бо́льшим количеством воды южного полушария^[74].

Для Земли радиус сферы Хилла (сфера влияния земной гравитации) равен примерно 1,5 млн км^[75][76]. Это максимальное расстояние, на котором влияние гравитации Земли больше, чем влияние гравитаций других планет и Солнца.

Луна — относительно большой планетоподобный спутник с диаметром, равным четверти земного. Это самый большой, по отношению к размерам своей планеты, спутник Солнечной системы. По названию земной Луны,естественные спутники других планет также называют «лунами».

Гравитационное притяжение между Землёй и Луной является причиной земных приливов и отливов. Аналогичный эффект на Луне проявляется в том, что она постоянно обращена к Земле одной и той же стороной (период оборота Луны вокруг своей оси равен периоду её оборота вокруг Земли; см. также приливное ускорение Луны). Это называется приливной синхронизацией. Во время обращения Луны вокруг Земли Солнце освещает различные участки поверхности спутника, что проявляется в явлениилунных фаз: тёмная часть поверхности отделяется от светлой терминатором.

Из-за приливной синхронизации Луна удаляется от Земли примерно на 38 мм в год. Через миллионы лет это крошечное изменение, а также увеличение земного дня на 23 мкс в год, приведут к значительным изменениям^[78]. Так, например, вдевоне (примерно 410 млн лет назад) в году было 400 дней, а сутки длились 21,8 часа^[79].

Луна может существенно повлиять на развитие жизни путём изменения климата на планете. Палеонтологические находки и компьютерные модели показывают, что наклон земной оси стабилизируется приливной синхронизацией Земли с Луной^[80]. Если бы ось вращения Земли приблизилась к плоскости эклиптики, то в результате климат на планете стал бы чрезвычайно суровым. Один из полюсов был бы направлен прямо на Солнце, а другой — в противоположную сторону, и по мере обращения Земли вокруг Солнца они менялись бы местами. Полюсы были бы направлены прямо на Солнце летом и зимой. Планетологи, изучавшие такую ситуацию, утверждают, что, в таком случае на Земле вымерли бы все крупные животные и высшие растения^[81].

Видимый с Земли угловой размер Луны очень близок к видимому размеру Солнца. Угловые размеры (и телесный угол) этих двух небесных тел схожи, потому что хоть диаметр Солнца и больше лунного в 400 раз, оно находится в 400 раз дальше от Земли. Благодаря этому обстоятельству и наличию значительного эксцентриситета орбиты Луны, на Земле могут наблюдаться как полные, так и кольцеобразныезатмения.

Воспроизведение в масштабе относительных размеров Земли, Луны и расстояния между ними.

Наиболее распространённая гипотеза происхождения Луны, гипотеза гигантского столкновения, утверждает, что Луна образовалась в результате столкновения протопланеты Теи (размером примерно с Марс) с прото-Землёй. Это, среди прочего, объясняет причины сходства и различия состава лунного грунта и земного^[82].

В настоящее время у Земли нет других естественных спутников, кроме Луны, однако есть по крайней мере два естественных соорбитальных спутника — это астероиды 3753 Круитни, 2002 AA₂₉^[83][84] и множество искусственных.

33. происхождение жизни

Возникновение жизни или абиогенез — процесс превращения неживой природы в живую.

В узком смысле слова под абиогенезом понимают образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организмабез участия ферментов. Альтернативой абиогенеза в этом смысле является панспермия.

Самозарождение жизни

Основная статья: Самозарождение

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение ещё многих веков.

Известный учёный Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

В 1668 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошёл к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе — это личинки мух. Проведя рядэкспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипячённая питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения^[1].

[править]Теория стационарного состояния

Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическимданным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теориисамозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

Организм (позднелат. organismus от позднелат. organizo — устраиваю, сообщаю стройный вид, от др.-греч. ὄργανον — орудие) — живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи.

Как отдельная особь организм входит в состав вида и популяции, являясь структурной единицей популяционно-видового уровня жизни.

Организмы — один из главных предметов изучения в биологии. Для удобства рассмотрения все организмы распределяются по разным группам и категориям, что составляет биологическую систему их классификации. Самое общее их деление — на ядерные и безъядерные. По числу составляющих организм клеток их делят на внесистематические категории одноклеточных и многоклеточных. Особое место между ними занимают колонии одноклеточных.

Формирование целостного многоклеточного организма — процесс, состоящий из дифференцировки структур (клеток, тканей, органов) ифункций и их интеграции как в онтогенезе, так и в филогенезе. Многие организмы организованы во внутривидовые сообщества (например,семья или рабочий коллектив у людей).

Многоклеточный организм — внесистематическая категория живых организмов, тело которых состоит из многих клеток, большая часть которых (кроме стволовых, например, клеток камбия у растений) дифференцированы, то есть различаются по строению и выполняемым функциям. Следует отличать многоклеточность и колониальность. У колониальных организмов отсутствуют настоящие дифференцированные клетки, а следовательно, и разделение тела на ткани. Граница между многоклеточностью и колониальностью нечёткая. Например, вольвокс часто относят к колониальным организмам, хотя в его «колониях» есть чёткое деление клеток на генеративные и соматические. Кроме дифференциации клеток, для многоклеточных характерен и более высокий уровень интеграции, чем для колониальных форм. Многоклеточные животные, возможно, появились на Земле 2,1 миллиарда лет назад^[1], вскоре после «кислородной революции»^[2].

Отличия от неживой природы

Живые организмы отличаются от тел неживой природы более сложным химическим составом (в частности, обязательным наличием белков и нуклеиновых кислот) и совокупностью свойств живого (по отдельности большинство из этих свойств имеются и у некоторых объектов неживой природы).

[править]Обмен веществ

Основная статья: Обмен веществ

• Питание — усвоение питательных веществ, пищи живым организмом.

• Выделение — процесс вывода ненужных или вредных для организмов продуктов жизнедеятельности.

• Движение — изменение положения тела или частей тела особи в пространстве.

[править]Наследственность и изменчивость

Основные статьи: Наследственность, Изменчивость

• Наследственность — свойство передавать потомкам свои признаки.

• Изменчивость — различия признаков между особями одного вида, в том числе наследственно обусловленные.

[править]Восприятие и переработка информации

Основная статья: Восприятие

• Раздражимость и возбудимость — способность организма воспринимать информацию и избирательно реагировать на неё.

[править]Рост, развитие, размножение

• Рост — увеличение массы и размеров особи за счёт процессов биосинтеза.

• Развитие — относительно необратимые изменения организма в течение жизни.

• Размножение — воспроизведение себе подобных особей.

[править]Способность к саморегуляции

[править]Эволюционные изменения

[править]Экологические классификации

[править]По способам питания и получения энергии

• По способности синтезировать все необходимые для жизнедеятельности органические вещества: автотрофные — не нуждаются в готовых органических веществах, гетеротрофные — нуждаются в готовых органических веществах.

[править]По отношению к различным факторам среды

• По уровню необходимой кислотности среды различают ацидофильные и ацидофобные организмы.

• По необходимости кислорода для жизнедеятельности: аэробные и анаэробные организмы.

[править]По месту в круговороте веществ и пищевых цепях

34. Гипотезы происхождения жизни. Панспермия

Самозарождение жизни

Основная статья: Самозарождение

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение ещё многих веков.

Известный учёный Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

В 1668 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошёл к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе — это личинки мух. Проведя рядэкспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипячённая питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения^[1].

[править]Теория стационарного состояния

Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическимданным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теориисамозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

[править]Теория Опарина — Холдейна

В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения . Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.

Александр Опарин (справа) в лаборатории

Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

• Возникновение органических веществ

• Возникновение белков

• Возникновение белковых тел

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.

Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие органические вещества.^[2][3] Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образованиекоацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капли также могли возникать при простом смешивании разнообразных полимеров. При этом происходила самосборка полимерных молекул в многомолекулярные образования — видимые под оптическим микроскопом капли.

Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции, в частности полимеризация поступающих из внешней среды мономеров. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти,размножаться, осуществлять обмен веществ.

Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.

Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Он поместил смесь H₂O, NH₃, CH₄, CO₂, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты^[4]. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды^[2]. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Теория была обоснована, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путём случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам? Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения — внутри коацервата и в поколениях — единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» — колониями самовоспроизводящихся молекулРНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом^[5].

[править]Зарождение жизни в горячей воде

Научные исследования показывают, что зарождение жизни в минеральной воде и, в особенности, гейзерах наиболее вероятно. В 2005 г. академик Юрий Викторович Наточин высказал предположение, отличное от общепринятой концепции возникновения жизни в море, и аргументировал гипотезу, согласно которой средой возникновения протоклеток были водоемы с преобладанием ионов К⁺, а не морская вода с доминированием ионов Na^+[6]. В 2009 г. Армен Мулкиджанян и Михаил Гальперин на основе анализа содержания элементов в клетке также пришли к выводу, что, вероятно, жизнь зародилась не в океане^[7]. Дейвид Уард доказал, что в горячей минеральной воде появились и сейчас образуются строматолиты^[8]. Самые древние строматолиты были обнаружены в Гренландии. Их возраст насчитывает 3,8 миллиардов лет. В 2011 г. Тадаши Сугавара создал протоклетку в горячей воде^[9]. Исследования Мари-Лор Пон минерала серпентина в геологической формации Исуа, Гренландия, в 2011 г. показали, что жизнь могла зародиться и в грязевых вулканах^[10]. Лауреат Нобелевской премии биолог Джек Шостак отметил, что мы можем легче представить себе накопление органических соединений в первичных озёрах, чем в океане.

Панспермия

Основная статья: Панспермия

Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

Фрэнсис Крик и Лесли Оргел предложили в 1973 году другой вариант — управляемую панспермию, то есть намеренное «заражение» Земли (наряду с другими планетными системами) микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией, которая, возможно, находилась перед глобальной катастрофой или же просто надеялась произвеститерраформирование других планет для будущей колонизации^[13]. В пользу своей теории они привели два основных довода — универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден — очень редкий элемент для всей Солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащённой молибденом.

Против возражения о том, что теория панспермии (в том числе управляемой) не решает вопрос о зарождении жизни, они выдвинули следующий аргумент: на планетах другого неизвестного нам типа вероятность зарождения жизни изначально может быть намного выше, чем на Земле, например, из-за наличия особенных минералов с высокой каталитической активностью.

В 1981 году Ф. Крик написал книгу «Life itself: its origin and nature»^[14], в которой он более подробно, чем в статье, и в популярной форме излагает гипотезу управляемой панспермии.

Академик РАН А. Ю. Розанов, глава комиссии по астробиологии в Российской академии наук, считает, что жизнь на Землю была занесена из космоса^[15].

35. Креациони́зм и абиогенез

(от лат. creatio, род. п. creationis — творение) — теологическая и мировоззренческаяконцепция, согласно которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планетаЗемля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные Творцом или Богом.

Креационистские концепции варьируют от чисто религиозных до претендующих на научность. Такие направления как «научный креационизм» и появившаяся в середине 1990-х годов нео-креационистская концепция «Разумного замысла» (англ. Intelligent design), утверждают, что имеют научное основание. Однако, научным сообществом эти концепции признаны псевдонаучными, поскольку противоречат научным данным, а также не соответствуют критериям верифицируемости,фальсифицируемости и принципу Оккама^[1][2][3][4].

Научный креационизм

Основная статья: Научный креационизм

«Наука о сотворении» или «научный креационизм» (англ. Creation Science) — течение в креационизме, сторонники которого утверждают, что можно получить научные подтверждения библейского акта творения и, шире, библейской истории (в частности, Всемирного потопа), оставаясь в рамках научной методологии.

Хотя в работах сторонников «науки о сотворении» часто встречается апелляция к проблемам сложности биологических систем, что сближает их концепцию с креационизмом сознательного замысла, сторонники «научного креационизма» как правило, идут дальше и настаивают на необходимости буквального прочтения Книги Бытия, обосновывая свою позицию как богословскими, так и, научными, по их мнению, аргументами.

Для работ «научных креационистов» типичны следующие положения:

• Противопоставление «операционной науки» о явлениях природы в настоящем времени, гипотезы которой доступны экспериментальнойпроверке, «исторической науке» о событиях, произошедших в прошлом. Из-за недоступности непосредственной проверки, по мнению креационистов, историческая наука обречена опираться на априорные постулаты «религиозного» характера, и выводы исторической науки могут быть истинными или ложными в зависимости от истинности или ложности априорно принятой религии^[71].

• «Первоначально сотворённый род», или «барамин». Креационисты прошлых веков, подобно К. Линнею, описывая различные видыживотных и растений, предполагали, что виды неизменны, и число ныне существующих видов равно числу первоначально созданных Богом (за вычетом видов, вымерших уже на исторической памяти человечества, например, дронтов). Однако накопление данных о видообразовании в природе заставило противников теории эволюции выдвинуть гипотезу, согласно которой представители каждого «барамина» были сотворены с набором определенных характеристик и потенциалом к ограниченному ряду изменений. Вид (репродуктивно изолированное сообщество, как его понимают популяционные генетики, или статическая фаза эволюционного процесса, как его понимают палеонтологи) не синонимичен «барамину» креационистов. По утверждению противников теории эволюции, одни «барамины» включают в себя много видов, а также таксоны более высокого порядка, в то время как другие (например, человеческий, на чём креационисты настаивают по теологическим, телеологическим и некоторым естественнонаучным причинам), могут включать лишь один вид. После сотворения представители каждого «барамина» скрещивались между собой либо без ограничений, либо в подбараминах — видах. В качестве критерия принадлежности двух разных видов к одному «барамину» у креационистов обычно выдвигается способность производить потомство (пусть даже и неплодовитое) при межвидовой гибридизации. Поскольку известны примеры такой гибридизации между видами млекопитающих, традиционно классифицируемыми как принадлежащие к разным родам, то среди креационистов бытует мнение, что у млекопитающих «барамин» примерно соответствует семейству (единственное исключение — человек, который составляет отдельный «барамин»).^[72]

• «Потопная геология», декларирующая одномоментное отложение большей части осадочных пород земной коры с захоронением и быстройфоссилизацией останков вследствие всемирного потопа во времена Ноя и на этом основании отрицающее стратиграфическуюгеохронологическую шкалу. По мнению сторонников «потопной геологии», в палеонтологической летописи представители всех таксонов появляются «полностью сформированными», что опровергает эволюцию. Более того, залегание окаменелостей в стратиграфических слоях отражает не последовательность сменявших друг друга на протяжении многих миллионов лет флор и фаун, а последовательностьэкосистем, привязанных к разным географических глубинам и высотам — от бентосных и пелагических через шельфовые и низинные кравнинным и высокогорным. Называя современную геологию «униформистской», или «актуалистской», «потопные геологи» обвиняют оппонентов в постулировании исключительно медленных скоростей таких геологических процессов, как эрозия, осадконакопление игорообразование, которые, по мнению «потопных геологов», не могут обеспечитиь сохранности окаменелостей, а также пересечения некоторыми окаменелостями (обычно стволами деревьев) нескольких слоёв осадочных пород («потопные геологи» называют такие окаменелости «полистратными»).^[73]

• Для объяснения многомиллиарднолетних возрастов Земли и Вселенной, которые даёт гео- и астрофизика, в креационизме предпринимаются попытки доказать непостоянность во времени мировых постоянных, таких как скорость света, постоянная Планка,элементарный заряд, массы элементарных частиц и т. д., а также, в качестве альтернативного объяснения — постулируетсягравитационное замедление времени в околоземном пространстве.^[74] Ведётся также поиск явлений, указывающих на молодой (менее 10 тыс. лет) возраст Земли и Вселенной.^[75]

• Из других утверждений часто встречается тезис, будто второе начало термодинамики исключает эволюцию (или, по крайней мере,абиогенез).

Возникновение жизни или абиогенез — процесс превращения неживой природы в живую.

В узком смысле слова под абиогенезом понимают образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организмабез участия ферментов. Альтернативой абиогенеза в этом смысле является панспермия.

Самозарождение жизни

Основная статья: Самозарождение

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем плане в течение ещё многих веков.

Известный учёный Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

В 1668 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошёл к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе — это личинки мух. Проведя рядэкспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на задний план, она продолжала оставаться главной версией зарождения жизни.

В то время как эксперименты Реди, казалось бы, опровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопические исследования Антони ван Левенгука усилили эту теорию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного зарождения, однако его наблюдения под микроскопом давали пищу обеим теориям.

В 1860 году проблемой происхождения жизни занялся французский химик Луи Пастер. Своими опытами он доказал, что бактерии вездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипячённая питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения^[1].

[править]Теория стационарного состояния

Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.

Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистепёрых рыб — латимерию. По палеонтологическимданным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Теориисамозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

36. Белки, РНК ДНК, взаимосвязь

Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды^[1]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.

Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттловНАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка.

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции другихбиополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Белки — важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Определение аминокислотной последовательности первого белка — инсулина — методомсеквенирования белков принесло Фредерику Сенгеру Нобелевскую премию по химии в 1958 году. Первые трёхмерные структуры белков гемоглобина и миоглобина были получены методом дифракциирентгеновских лучей, соответственно, Максом Перуцем и Джоном Кендрю в 1958 году^[2][3], за что в1962 году они получили Нобелевскую премию по химии.

Размер белка может измеряться в числе аминокислот или в дальтонах (молекулярная масса), но из-за относительно большой величины молекулы масса белка выражается в производных единицах — килодальтонах (кДа). Белки дрожжей, в среднем, состоят из 466 аминокислот и имеют молекулярную массу 53 кДа. Самый большой из известных в настоящее время белков — титин — является компонентом саркомеров мускулов; молекулярная масса его различных вариантов (изоформ) варьирует в интервале от 3000 до 3700 кДа. В в человеческой мышце solius он состоит из 38 138 аминокислот ^[11]).

В зависимости от условий, белки способны проявлять как кислотные, так и осно́вные свойства (так называемая амфотерность). При этом группами, способными к ионизации в растворе, являются карбоксильные остатки боковых цепей кислых аминокислот (аспарагиновая иглутаминовая кислоты) и азотсодержащие группы боковых цепей основных аминокислот (в первую очередь, ε-аминогруппа лизина иамидиновый остаток CNH(NH₂) аргинина, в несколько меньшей степени — имидазольный остаток гистидина). Отдельные белки характеризуются изоэлектрической точкой (pI) — кислотностью среды pH, при которой молекулы данного белка не несут электрического заряда и, соответственно, не перемещаются в электрическом поле (например, при электрофорезе). Величина pI определяется отношением кислотных и основных аминокислотных остатков в белке: увеличение количества остатков основных аминокислот в данном белке ведёт к увеличению pI; увеличение количества остатков кислых аминокислот приводит к снижению значения pI.

Значение изоэлектрической точки является характерной константой белков. Белки с pI меньше 7 называются кислотными, а белки с pI больше 7 — основными. В целом, pI белка зависит от выполняемой им функции: изоэлектрическая точка большинства белков тканей позвоночных лежит в пределах от 5,5 до 7,0, однако в некоторых случаях значения лежат в экстремальных областях: так, например, для пепсина — протеолитического фермента сильнокислого желудочного сока pI ~ 1^[12], а для сальмина — белка-протамина молок лосося, особенностью которого является высокое содержание аргинина, pI ~ 12. Белки, связывающиеся с нуклеиновыми кислотами за счёт электростатического взаимодействия с фосфатными остатками нуклеиновых кислот, часто являются основными белками. Примером таких белков служат гистоны ипротамины.

Белки различаются по степени растворимости в воде. Водорастворимые белки называются альбуминами, к ним относятся белки крови и молока. К нерастворимым или склеропротеинам относятся, например, кератин (белок, из которого состоят волосы, шерсть млекопитающих, перья птиц и т. п.) и фиброин, который входит в состав шёлка и паутины^[13].

Белки также делятся на гидрофильные и гидрофобные (водооталкивающие). К гидрофильным относятся большинство белков цитоплазмы,ядра и межклеточного вещества, в том числе нерастворимые кератин и фиброин. К гидрофобным относятся большинство белков, входящих в состав биологических мембран интегральных мембранных белков, которые взаимодействуют с гидрофобными липидами мембраны^[14] (у этих белков обычно есть и небольшие гидрофильные участки).

Простые и сложные белки

Основные статьи: Простые белки, Сложные белки

Помимо пептидных цепей, в состав многих белков входят и неаминокислотные группы, и по этому критерию белки классифицируют на две большие группы — простые и сложные белки (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислотных цепей, сложные белки содержат также неаминокислотные группы. Эти группы небелковой природы в составе сложных белков называются «простетическими группами». В зависимости от химической природы простетических групп среди сложных белков выделяют следующие классы^[13]:

• Гликопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные углеводные остатки и их подкласс —протеогликаны, с мукополисахаридными простетическими группами. В образовании связи с углеводными остатками обычно участвуют гидроксильные группы серина или треонина. Большая часть внеклеточных белков, в частности, иммуноглобулины — гликопротеиды. В протеогликанах углеводная часть составляет ~95 %, они являются основным компонентом межклеточного матрикса.

• Липопротеиды, содержащие в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липопротеиды, образованные белками-аполипопротеинами связывающимися с ними липидами и выполняют функцию транспорта липидов.

• Металлопротеиды, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеидов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин и трансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов)

• Нуклеопротеиды, содержащие нековалентно связанные ДНК или РНК, в частности, хроматин, из которого состоят хромосомы, является нуклеопротеидом^[16].

• Фосфопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные остатки фосфорной кислоты. В образованиисложноэфирной связи с фосфатом участвуют гидроксильные группы серина или треонина, фосфопротеинами являются, в частности,казеин молока^[17]:

• Хромопротеиды — собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. К ним относится множество белков с металлсодержащей порфириновой простетической группой, выполняющие разнообразные функции —гемопротеины (белки, содержащие в качестве простетической группы гем — гемоглобин, цитохромы и др.), хлорофиллы; флавопротеиды сфлавиновой группой, и др.

Дезоксирибонуклеиновая кислота

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(перенаправлено с «ДНК»

Двойная спираль ДНК

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трех основных, две другие — РНК ибелки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетическойпрограммы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

В клетках эукариотов (например, животных или растений) ДНК находится в ядре клетки в составехромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клеткахпрокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемыеплазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) ифосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы. В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали».

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин — только с цитозином. Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессетранскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции. Кроме того, в геноме эукариот часто встречаются участки, принадлежащие «генетическим паразитам», например, транспозонам.

Расшифровка структуры ДНК (1953 г.) стала одним из поворотных моментов в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытиеФрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону, Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине 1962 г. Розалинд Франклин, которая получила рентгенограммы, без которых Уотсон и Крик не имели бы возможность сделать выводы о структуре ДНК, умерла в 1958 г., а Нобелевскую премию не дают посмертно.

Повреждение ДНК

Основная статья: Мутация

ДНК может повреждаться разнообразными мутагенами, к которым относятся окисляющие иалкилирующие вещества, а также высокоэнергетическая электромагнитная радиация —ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Тип повреждения ДНК зависит от типа мутагена. Например, ультрафиолет повреждает ДНК путём образования в ней димеров тимина, которые возникают при образовании ковалентных связей между соседними основаниями^[23].

Оксиданты, такие как свободные радикалы или перекись водорода, приводят к нескольким типам повреждения ДНК, включая модификации оснований, в особенности гуанозина, а также двухцепочечные разрывы в ДНК^[24]. По некоторым оценкам, в каждой клетке человека окисляющими соединениями ежедневно повреждается порядка 500 оснований^[25][26]. Среди разных типов повреждений наиболее опасные — это двухцепочечные разрывы, потому что они трудно репарируются и могут привести к потерям участков хромосом (делециям) итранслокациям.

Многие молекулы мутагенов вставляются (интеркалируют) между двумя соседними парами оснований. Большинство этих соединений, например, этидий, даунорубицин, доксорубицин и талидомид имеют ароматическую структуру. Для того чтобы интеркалирующее соединение могло поместиться между основаниями, они должны разойтись, расплетая и нарушая структуру двойной спирали. Эти изменения в структуре ДНК мешают транскрипции и репликации, вызывая мутации. Поэтому интеркалирующие соединения часто являются канцерогенами, наиболее известные из которых — бензопирен, акридины, афлатоксин и бромистый этидий^[27][28][29]. Несмотря на эти негативные свойства, в силу их способности подавлять транскрипцию и репликацию ДНК, интеркалирующие соединения используются в химиотерапии для подавления быстро растущих клеток рака^[30].

Рибонуклеи́новая кисло́та (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК ибелки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы ифосфатной группы. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК-полимеразами. Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией. Трансляция — это синтез белкана матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Для одноцепочечных РНК характерны разнообразные пространственные структуры, в которых часть нуклеотидов одной и той же цепи спарены между собой. Некоторые высокоструктурированные РНК принимают участие в синтезе белка клетки, например, транспортные РНК служат для узнавания кодонови доставки соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а рибосомные РНК служат структурной и каталитической основой рибосом.

Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так, малые ядерные РНК принимают участие в сплайсинге эукариотических матричных РНК и других процессах.

Помимо того, что молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (например, теломеразы), у отдельных РНК обнаружена собственная ферментативная активность: способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК-фрагмента. Такие РНК называютсярибозимами.

Геномы ряда вирусов состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласно которой РНК — первая молекула, которая была способна к самовоспроизведению в добиологических системах.

В 1970-1980-х годах Чек и Олтмен изучали, каким образом генетический код переносится от ДНК к РНК. Им было известно, что часть генетической информации не является обязательной и от нее надо избавиться в молекуле РНК, прежде чем та начнет использоваться клеткой. В поисках решения этой задачи Олтмен и Чек открыли, что ферментативную функцию берет на себя не белок, а каталитическая РНК.

Чек изучал молекулу РНК примитивного одноклеточного организма Tetrahymena. Он нашел, что ненужную часть можно удалить из средней части молекулы этой РНК, причем после удаления этого фрагмента оставшиеся отрезки соединяются вместе. Сенсационным было, что молекула РНК сама по себе катализирует данную реакцию. Удаленный фрагмент РНК сам себя модифицирует таким образом, что оказывается способным функционировать, помимо прочего, в роли фермента, синтезирующего РНК. Каталитическая РНК может создавать новую РНК.

Работы Олтмена и Чека показали, что каталитическая активность молекул РНК зависит от их трехмерной структуры, как это имеет место и в случае белковых ферментов.

Открытие каталитической РНК, которую называют также рибозимом, важно как для науки, так и для производства.

Каталитическая РНК, возможно, выполняет не только функцию разрезания и воссоединения РНК, но и играет главную роль во многих других биологических процессах. Химические процессы жизни часто требуют взаимодействия белок - РНК. Может быть, РНК, а не белковые ферменты играют в них ведущую роль.

Каталитическая РНК - новое мощное средство генной инженерии. Прослеживаются очевидные применения каталитической РНК в биотехнологии и медицине. Например, растения, приготовленные методом генной инженерии, можно сделать устойчивыми к воздействию вирусов, если создать рибозим, который будет разрывать и разрушать генетический материал вируса. То же представляется совершенно очевидным и при конструировании лекарств против вирусных инфекций.

Наконец, возник новый подход к истолкованию проблемы химического механизма происхождения жизни на Земле. Какая биомолекула появилась на Земле первой? Как могла возникнуть жизнь, если молекулы ДНК генетического материала могут воспроизводиться лишь с помощью белковых ферментов, в то время как сами белки могут быть построены лишь с помощью генетической информации, заключенной в ДНК?

Открытие Олтмена и Чека показало, что такой молекулой могла быть и не белковая молекула, и не молекула ДНК. Молекула РНК отвечает требуемым параметрам - она одновременно может служить и генетическим материалом, и обладать свойствами фермента.

В 1989 Чеку и С.Олтмену была присуждена Нобелевская премия «за открытие каталитических свойств РНК».

Свойством воспроизведения себе подобных обладают нуклеино-вые кислоты и даже отдельные фрагменты молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая) - обнаружена в 1868 г. в клеточных яд-рах - являются веществом наследственности. В 1953 г. - Ф. Крик и Д. Уотсон построили модель ДНК, кото-рая состоит из двух полимерных цепо-чек, закрученных одна вокруг другой с образованием двойной спирали. Со-гласно этой модели каждая из цепочек молекулы ДНК состоит из четырех типов мономеров - нуклеотидов. В свою очередь, в состав нуклеотидов входят три компонента, со-единенные прочными химическими связями:

1) азотистое основание;

углевод (дезоксирибоза);

остаток фосфорной кислоты.

Азотистые основания - это пурины, имеющие двойное углеродно-азотное кольцо, и пиримидины. имеющие одно такое кольцо. Пури-ны представлены - аденином (А) и гуанином (Г), пиримидины - ти-мином (Т) и цитозином (Ц). За счет фосфорной кислоты нуклеотиды могут соединяться друг с другом за счет химической связи, образуя нуклеиновые кислоты. Модель Крика - Уотсона подтвердилась. Ин-тересно, что спираль - самая распространенная форма во Вселенной, от атомов до галактик. Не случайно , что молекулы ДНК имеют форму двойной спирали. Эта форма выгодна в тесноте микромира. У некоторых растений длина ДНК достигает 40 м и заключается в кле-точном ядре размером ~ микрон.

Функция ДНК - информационная - порядок расположения ее че-тырех нуклеотидов несет важную информацию, определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т.е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов) опреде-ляет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их в поколениях потомков, т.е. ДНК-носитель наследственной информации.

Ген - часть ДНК.

РНК - рибонуклеиновая кислота - похожа на ДНК и тоже по-поена из мономерных нуклеотидов 4 типов. Только в состав РНК вместо тимидинового нуклеотида входит похожий на него - уридиловый (У) (урацил). Также в состав РНК входит сахар - рибоза. Но Равное отличие: спираль - одинарная. РНК участвуют в реализа-ции наследственной информации, хранящейся в ДНК, через синтез белка.

Так вот, можно ли считать молекулы ДНК носителями жизни? доказано, что самокопирование ДНК и реализация заключенной в ней информации происходит только при наличии ферментов, источ-ников энергии - молекул АТФ. воды и других соединений. Очевидно, что отдельные молекулы нуклеиновых кислот тоже не являются жи-выми.

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота - универсальный биоло-гический аккумулятор энергии: световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, детальное изучение живых клеток и их составных частей (органелл), прослеживающее роль отдельных идентифицируемых соединений в функционировании этих структур. К сфере молекулярной биологии относится исследование всех связанных с жизнью процессов, таких, как питание и выделение, дыхание, секреция, рост, репродукция, старение и смерть. Важнейшее достижение молекулярной биологии - расшифровка генетического кода и выяснение механизма использования клеткой информации, необходимой, например, для синтеза ферментов. Молекулярнобиологические исследования способствуют и более полному пониманию других процессов жизнедеятельности - фотосинтеза, клеточного дыхания и мышечной активности.

В молекулярной биологии предпочитают работать с относительно простыми системами,

Областью молекулярной биологии, вызывающей большие споры и часто неприятие, является генная инженерия, или технология рекомбинантных ДНК, суть которой в том, что в организм растения или животного встраивают чужие гены, чтобы придать ему новые свойства или же компенсировать какие-нибудь наследственные дефекты

37. осн. Положения совр. Клеточной теории

Современная клеточная теория

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории:

• Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т. п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими» генами.

• Выяснилось, что существует два типа клеток — прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды — потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка — система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Гомология всех клеток, таким образом, свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом — наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками. Это, конечно, не отменяет общего происхождения всех клеток, которое подтверждается общностью их химического состава.

• Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.

• Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений — это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур — элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.

• Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии, симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных — продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество — продукт их секреции, то есть образуется оно в результате метаболизма клеток.

• Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма — клетки или «элементарные организмы».

Целостность организма есть результат естественных, материальных взаимосвязей, вполне доступных исследованию и раскрытию. Клетки многоклеточного организма не являются индивидуумами, способными существовать самостоятельно (так называемые культуры клеток вне организма представляют собой искусственно создаваемые биологические системы). К самостоятельному существованию способны, как правило, лишь те клетки многоклеточных, которые дают начало новым особям (гаметы, зиготы или споры) и могут рассматриваться как отдельные организмы. Клетка не может быть оторвана от окружающей среды (как, впрочем, и любые живые системы). Сосредоточение всего внимания на отдельных клетках неизбежно приводит к унификации и механистическому пониманию организма как суммы частей.

Очищенная от механицизма и дополненная новыми данными клеточная теория остается одним из важнейших биологических обобщений.

38. строение клеток и разновидность

Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии. Клеточная теория

Основная статья: Клеточная теория

Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецким зоологом Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы. В 1878 году русским учёным И. Д. Чистяковым открыт митоз в растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемежко обнаруживают митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а в 1888 году Э. Страсбургер — у растительных.

Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неопровержимым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей актуальности, однако со времени её создания были дополнены, и теперь она содержит такие утверждения:

1. Клетка — элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.

2. Клетка — целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов — органелл.

3. Клетки различных организмов похожи (гомологичны) по строению и основным свойствам и имеют общее происхождение.

4. Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после репликации их ДНК: клетка — от клетки.

5. Многоклеточный организм — это новая система, сложный ансамбль из большого количества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и нервных.

6. Клетки многоклеточных организмов имеют одинаковый набор генетической информации, но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — дифференцировке^[1].

Следует отметить, что в разных источниках количество и формулировки отдельных положений современной клеточной теории могут отличаться.

Строение клеток

Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток:

• прокариоты (доядерные) — более простые по строению и возникли в процессе эволюции раньше;

• эукариоты (ядерные) — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.

Содержимое клетки отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждый изорганоидов клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

[править]Прокариотическая клетка

Прокариоты (от лат. pro — перед, до и греч. κάρῠον — ядро, орех) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды. Основное содержимое клетки, заполняющее весь её объём, — вязкая зернистая цитоплазма.

[править]Эукариотическая клетка

Эукариоты (эвкариоты) (от греч. ευ — хорошо, полностью и κάρῠον — ядро, орех) — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.

Поверхностный комплекс животной клетки

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов игликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит изфосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

39. Теория эволюции Ламарка

Ламаркизм — эволюционная концепция, основывающаяся на теории, выдвинутой в начале XIX века Жаном Батистом Ламарком в трактатеФилософия зоологии. Взгляды самого Ламарка достаточно сложны для понимания, поскольку базируются на ряде совершенно неинтерпретируемых в рамках современной науки концепций XVIII века (первично сотворённые Богом материя как пассивное начало и природа как порядок и энергия для его осуществления; концепция пяти элементов, из которых важнейшую роль играет эфир, в виде «тонких флюидов» циркулирующий в органических телах; постоянное самопроизвольное зарождение жизни, в том числе ее сложных форм, из неорганической и органической материи; отрицание вымирания видов; отрицание наличия нервной системы и полового размножения у «низших животных» и т. п.). В связи с этим, современный «ламаркизм» напоминает их лишь в самых общих чертах. В широком смысле к ламаркистским относят различные эволюционные теории (в основном, возникшие в XIX — первой трети XX веков), в которых в качестве основной движущей силы эволюции (изменения видов) рассматривается внутренне присущее организмам стремление к совершенствованию. Как правило, большое значение в таких теориях придается и влиянию «упражнения» и «неупражнения»^{[прояснить]} органов на их эволюционные судьбы, поскольку предполагается, что последствия упражнения или неупражнения могут передаваться по наследству^[1].

Законы эволюции по Ламарку

Совершенствуясь, организмы вынуждены приспосабливаться к условиям внешней среды. Для объяснения этого учёный сформулировал несколько «законов». Прежде всего, это «закон упражнения и не упражнения органов». Наибольшую известность из примеров, приведённых Ламарком, приобрёл пример с жирафами. Жирафам приходится постоянно вытягивать шею, чтобы дотянуться до листьев, растущих у них над головой. Поэтому их шеи становятся длиннее, вытягиваются. Муравьеду, чтобы ловить муравьёв в глубине муравейника, приходится постоянно вытягивать язык, и тот становится длинным и тонким. С другой стороны, кроту под землёй глаза только мешают, и они постепенно исчезают.

Если орган часто упражняется, он развивается. Если орган не упражняется, он постепенно отмирает.

Другой «закон» Ламарка — «закон наследования приобретённых признаков». Полезные признаки, приобретённые животным, по мнению Ламарка, передаются потомству. Жирафы передали потомкам вытянутую шею, муравьеды унаследовали длинный язык, и так далее.

40. Теория эволюции Дарвина

Дарвинизм — по имени английского натуралиста Чарльза Дарвина — в узком смысле — направление эволюционной мысли, приверженцы которого согласны с основными идеями Дарвина в вопросе эволюции (современная их форма, порой с существенным переосмыслением некоторых аспектов представлена в синтетической теории эволюции), согласно которым главным (хотя и не единственным) фактором эволюции является естественный отбор.

В широком смысле нередко (и не совсем правильно) употребляется для обозначения эволюционного учения или эволюционной биологии в целом.

Основные факторы эволюции по Дарвину

• Наследственная изменчивость

• Борьба за существование

• Естественный отбор

• Изоляция

41. История жизни на Земле

История жизни на Земле

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 декабря 2012; проверки требует 1 правка.

Хронология эволюции.

Эволюция жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — 3,7 миллиарда лет назад — и продолжается по сей день. Сходство между всеми организмами указывают на наличиеобщего предка, от которого произошли все другие живые существа^[1].

Цианобактериальные маты и археи были доминирующей формой жизни в начале архейского эона и явились огромным эволюционным шагом того времени^[2]. Кислородный фотосинтез, появившийся около 2500 миллионов лет назад, в конечном итоге привёл к оксигенации атмосферы, которая началась примерно 2400 млн лет назад^[3]. Самые ранние свидетельства эукариот датируется 1850 млн лет назад, хотя, возможно, они появились ранее — диверсификация эукариот ускорилась, когда они начали использовать кислород в метаболизме. Позже, около 1700 млн лет назад, стали появляться многоклеточные организмы с дифференцированными клетками для выполнения специализированных функций^[4].

Примерно 1200 млн лет назад появляются первые водоросли, а уже примерно 450 млн лет назад — первые высшие растения^[5]. Беспозвоночные животные появились в эдиакарском периоде^[6], апозвоночные возникли около 525 миллионов лет назад во время кембрийского взрыва^[7].

Во время пермского периода из крупных позвоночных преобладали синапсиды — возможные предки млекопитающих^[8], но события пермского вымирания (251 млн лет назад) уничтожили 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных, в том числе и синапсидов^[9][10]. В периоде восстановления после этой катастрофы, архозавры стали наиболее распространенными наземными позвоночными и вытеснили терапсид в середине триаса^[11]. В конце триаса архозавры дали начало динозаврам, которые доминировали в течение юрского и мелового периодов^[12]. Предки млекопитающих в то время представляли собой небольших насекомоядных животных^[13]. После мел-палеогенового вымирания 65 миллионов лет назад все динозавры вымерли^[14], оставив после себя произошедшую от них эволюционную ветвь — птиц. После этого млекопитающие стали быстро увеличиваться в размерах и разнообразии, так как теперь им почти никто не составлял конкуренцию^[15]. Такие массовые вымирания, возможно, ускоряли эволюцию путем предоставления возможности новым группам организмов кдиверсификации^[16].

Ископаемые останки показывают, что цветковые растения появились в раннем меловом периоде (130 миллионов лет назад) и, вероятно, помогли эволюционировать опыляющим насекомым. Социальные насекомые появились примерно в то же время, что и цветковые растения. Хотя они занимают лишь небольшую часть «родословной» насекомых, в настоящее время они составляют более половины их общего количества.

Люди являются одними из приматов, начавших ходить вертикально, около 6 млн лет назад. Хотя размер мозга их предков был сравним с размером мозга других гоминид, например,шимпанзе, он начал увеличиваться 3 млн лет назад.

• 1 Возникновение жизни

  • 1.1 Первый обмен веществ

  • 1.2 Первое деление клетки

• 2 Докембрий (Криптозой)

  • 2.1 Архейский эон (4600 — 2500 млн лет назад)

    • 2.1.1 Катархей

    • 2.1.2 Эоархей

    • 2.1.3 Палеоархей

    • 2.1.4 Мезоархей

    • 2.1.5 Неоархей

  • 2.2 Протерозойский эон (2500—543 млн лет назад)

    • 2.2.1 Палеопротерозой

    • 2.2.2 Мезопротерозой

    • 2.2.3 Неопротерозой

• 3 Фанерозой

  • 3.1 Палеозойская эра

    • 3.1.1 Кембрийский период (543—490 млн лет назад)

    • 3.1.2 Ордовикский период (490—443 млн лет назад)

    • 3.1.3 Силурийский период (443—417 млн лет назад)

    • 3.1.4 Девонский период (417—354 млн лет назад)

    • 3.1.5 Каменноугольный период (354—290 млн лет назад)

    • 3.1.6 Пермский период (290—248 млн лет назад)

  • 3.2 Мезозойская эра

    • 3.2.1 Триасовый период (248—206 млн лет назад)

    • 3.2.2 Юрский период (206—144 млн лет назад)

    • 3.2.3 Меловой период (144-65 млн лет назад)

  • 3.3 Кайнозойская эра

    • 3.3.1 Палеогеновый период

      • 3.3.1.1 Палеоценовая эпоха (65-55 млн лет назад)

      • 3.3.1.2 Эоценовая эпоха (55-34 млн лет назад)

      • 3.3.1.3 Олигоценовая эпоха (34-24 млн лет назад)

    • 3.3.2 Неогеновый период

      • 3.3.2.1 Миоценовая эпоха (24-5 млн лет назад)

      • 3.3.2.2 Плиоценовая эпоха (5-2,6 млн лет назад)

    • 3.3.3 Антропогеновый (Четвертичный) период

      • 3.3.3.1 Плейстоценовая эпоха (2,6 млн.-11,7 тыс. лет назад)

      • 3.3.3.2 Голоценовая эпоха (11,7 тыс. лет назад — современность)

Докембрий (Криптозой)

Основная статья: Докембрий

Докембрий длился почти 4 млрд лет. В этот отрезок времени на Земле произошли значительные изменения: Кора остыла, появись океаны и, что самое важное, появилась примитивная жизнь. Однако следы этой жизни в палеонтологической летописи редки, поскольку первые организмы были мелкими и не имели твердых оболочек.

На докембрий приходится большая часть геологической истории Земли — около 3,8 млрд лет. При этом его хронология разработана гораздо хуже, чем последовавшего за ним фанерозоя. Причина этого в том, что органические остатки в докембрийских отложениях встречаются крайне редко, что является одной из отличительных особенностей этих древнейших геологических образований. Поэтому палеонтологический метод изучения не применим для докембрийских толщ.

[править]Архейский эон (4600 — 2500 млн лет назад)

Основная статья: Архей

Исследования метеоритов, горных пород и других материалов того времени показывают, что наша планета сформировалась примерно 4,6 млрд лет назад. До этого времени вокруг Солнца был только размытый диск, состоящий из газа и космической пыли. Затем, под действием силы притяжения пыль стала собираться в небольшие тела, которые в итоге превратились в планеты.

На протяжении многих миллионов лет на Земле никаких форм жизни не существовало. После архейского эпизода расплавления верхней мантии и её перегрева с возникновением в этой геосфере магматического океана вся первозданная поверхность Земли вместе с её первичной и изначально плотной литосферой очень быстро погрузилась в расплавы верхней мантии. Атмосфера в то время не была плотной и состояла из ядовитых газов, таких как: NH₃, CH₄, H₂, Cl, сера. Температура её достигала 80°С. Естественная радиоактивность была во много раз выше нынешней. Жизнь в таких условиях была невозможна.

4 млрд лет назад Земля предположительно столкнулась с небесным телом размером с Марс (с планетой Тейя). Столкновение было таким сильным, что образовавшиеся при столкновении обломки были выброшены в космос и образовали Луну. Образование Луны способствовало появлению жизни: она вызывала приливы, способствовавшие очищению и аэрации морей, и стабилизировала^{[источник не указан 263 дня]} ось вращения Земли.

Первые химические следы жизни возрастом примерно 3,5 млрд лет были обнаружены в горных породах Австралии (Пилбара)^[20][21]. Возможно, жизнь зародилась именно в горячих источниках, где было много питательных веществ, в том числе и нуклеотидов.

Жизнь в архее развилась до бактерий и цианобактерий. Они вели придонный образ жизни: устилали дно моря тонким слоем слизи.

[править]Катархей

Основная статья: Катархей

Катархейский эон (κατάρχάιος — «ниже древнейшего», 4.6-3.8 миллиардов лет назад) известен как протопланетный этап развития Земли. Охватывает первую половину архея. Земля в то время была холодным телом без атмосферы и гидросферы. В таких условиях никакой жизни появиться не могло.

Во время катархея атмосфера не была плотной. Она состояла из газов и паров воды, появлявшихся при столкновении Земли с астероидами.

В связи с тем, что Луна тогда была слишком приближена (всего на 17 тысяч км) к Земле, сутки длились недолго — всего 6 часов. Но, по мере оттдаления Луны, сутки стали увеличиваться.

[править]Эоархей

Основная статья: Эоархей

Длился 4-3,6 млрд лет назад. Возможно, прокариоты появились уже в конце эоархея. Кроме того, к эоархею относятся древнейшие геологические породы — формация Исуа в Гренландии.

[править]Палеоархей

Основная статья: Палеоархей

Палеоархей (от др.-греч. παλαιός — «старый» и ἀρχαῖος — «древний») продолжался с 3,6 по 3,2 млрд лет назад. В Австралии найдена самая древняя форма жизни, относящаяся к этой эре — хорошо сохранившиеся остатки бактерий. (возраст 3,46 млрд лет).

[править]Мезоархей

Основная статья: Мезоархей

Строматолит мезоархейского периода.

Мезоархей (от др.-греч. μέσος — «средний» и ἀρχαῖος — «древний») длился 3,2-2,8 млрд лет назад. В мезоархее уже встречаются строматолиты.

[править]Неоархей

Основная статья: Неоархей

Неоархей длился 2,8-2,5 млрд лет назад. В этом периоде появился кислородный фотосинтез, который стал причиной кислородной катастрофы, случившейся в палеопротерозое. В этом периоде активно развиваются бактерии и водоросли.

[править]Протерозойский эон (2500—543 млн лет назад)

Основная статья: Протерозой

Протерозой (греч. πρότερος — первый, старший, греч. ζωή — жизнь) — ознаменован возникновением сложно устроенных растений и животных (например, грибы, губки). Жизнь в начале протерозоя по прежнему была сосредоточена в морях, так как условия на суше были не совсем благоприятными: атмосфера состояла преимущественно из сероводорода, CO₂, N₂, CH₄, и совсем малого количества O₂.

Ископаемые останки Spriggina floundersi

Однако, бактерии, жившие в то время в морях, стали вырабатывать O₂ в качестве побочного продукта, и 2 млрд лет назад количество кислорода уже достигло устойчивого уровня. Но резкое увеличение кислорода в атмосфере привело к кислородной катастрофе, которая привела к изменению органов дыхания у организмов, населявших в то время океаны (анаэробныесменились аэробными) и изменению состава атмосферы (образования озонового слоя). Вследствие уменьшения парникового эффекта на Земле наступило длительное Гуронское оледенение: температура опускалась до −40°С.

Дальнейшие ископаемые останки первых многоклеточных встречаются уже после оледенения. В то время океаны населяли такие животные как сприггина (Spriggina) — червеобразные животные, имевшие головной и задний концы. Такие животные, возможно, стали предками современных животных^[22].

[править]Палеопротерозой

Основная статья: Палеопротерозой

Палеопротерозо́й — геологическая эра, часть протерозоя, начавшаяся 2,5 миллиарда лет назад и окончившаяся 1,6 миллиарда лет назад. В это время наступает первая стабилизация континентов. В это время также эволюционировали цианобактерии — тип бактерий, использующих биохимический процесс фотосинтеза для производства энергии и кислорода.

Важнейшее событие раннего палеопротерозоя — кислородная катастрофа. До значительного повышения содержания кислорода в атмосфере почти все существующие формы жизни были анаэробами, то есть обмен веществ в живых формах зависел от форм клеточного дыхания, которые не требовали кислорода. Доступ кислорода в больших количествах губителен для большинства анаэробных бактерий, поэтому в это время большая часть живых организмов на Земле исчезла. Оставшиеся формы жизни были либо невосприимчивы к окислению и губительному воздействию кислорода, либо проводили свой жизненный цикл в среде, лишенной кислорода.

[править]Мезопротерозой

Основная статья: Мезопротерозой

Мезопротерозо́й — геологическая эра, часть протерозоя, начавшаяся 1,6 миллиарда лет назад и окончившаяся 1 миллиард лет назад.

[править]Неопротерозой

Основная статья: Неопротерозой

Неопротерозой, англ. Neoproterozoic Era — геохронологическая эра (последняя эра протерозоя), начавшаяся 1000 млн лет назад и завершившаяся 542 млн лет назад.

С геологической точки зрения характеризуется распадом древнего суперконтинента Родиния как минимум на 8 фрагментов, в связи с чем прекращает существование древний суперокеан Мировия. Во время криогения наступило самое масштабное оледенение Земли — льды достигали экватора (Земля-снежок).

К позднему неопротерозою (Эдиакарий) относятся древнейшие ископаемые останки живых организмов, так как именно в это время у живых организмов начинает вырабатываться некое подобие твёрдой оболочки или скелета.

[править]Фанерозой

Основная статья: Фанерозой

Фанерозойский эон (др.-греч. φανερός ζωή — «явная жизнь») начался примерно 543 млн лет назад и продолжается в наше время. В фанерозое появлялись и вымирали самые причудливые создания, в том числе гигантские насекомые и динозавры.

[править]Палеозойская эра

Основная статья: Палеозой

В начале палеозоя (греч. πᾰλαιός — древний, греч. ζωή — жизнь) появились животные с твёрдым наружным скелетом. В образованиях этой эры встречается множество окаменевших останков таких животных.

[править]Кембрийский период (543—490 млн лет назад)

Реконструкция Haikouichthys ercaicunensis

Основная статья: Кембрийский период

В кембрийском периоде внезапно появляется огромное разнообразие живых организмов — предков нынешних представителей многих подразделений животного царства (в отложениях предшествующих кембрию останки таких организмов отсутствуют). Это внезапное в геологическом масштабе событие, но в реальности длившееся миллионы лет, известно в науке как кембрийский взрыв^[23].

Ископаемые останки животных кембрийского периода находят довольно часто и по всему миру. В начале кембрийского периода (прмерно 540 млн лет назад) у некоторых групп животных появляется сложно устроенный глаз^[24][25][26]. Появление этого органа было огромным эволюционным шагом — теперь животные могли видеть окружающий их мир. Так, жертвы теперь могли видеть охотников, а охотники — своих жертв^[27].

В кембрийском периоде на суше жизнь не существовала. Но океаны были густо населены беспозвоночными, например, губками, трилобитами^[28], аномалокарами^[29]. Время от времени огромные подводные оползни погребали сообщества морских существ под тоннами ила. Благодаря этим оползням мы можем наглядно представить себе, каким причудливым был животный мир кембрийского периода, ведь в иле прекрасно сохранились в виде окаменелостей даже нежные мягкотелые животные.

В морях позднего кембрийского периода основными группами животных были членистоногие, иглокожие и моллюски. Но самым важным обитателем морей того времени было бесчелюстное существо хайкоуихтис — у него кроме глаз развился примитивный позвоночник^[30][31][32].

[править]Ордовикский период (490—443 млн лет назад)

Основная статья: Ордовикский период

Во время ордовика суша оставалась не обжитой, за исключением лишайников, которые первыми из растений стали жить на суше. Но основная жизнь развивалась довольно активно в морях.

Основными обитателями ордовикских морей были членистоногие, такие как мегалограпт. Они могли ненадолго выходить на сушу, чтобы отложить икру. Но были и другие обитатели, например, представитель класса головоногих ортокон камерацер.

Позвоночные животные в ордовике сформировались ещё не до конца. В морях плавали потомки хайкоуихтиса, у которых имелось образование, напоминающее позвоночник.

Так же в морях ордовикского периода жили представители кишечнополостных, иглокожих, кораллов, губок и других беспозвоночных.

[править]Силурийский период (443—417 млн лет назад)

Реконструкция куксонии —сосудистого растения, одним из первых ступившего на сушу.

Основная статья: Силурийский период

В силуре на сушу выходят некоторые растения, к примеру, куксонии (Coocsonia), которые достигали в высоту не более 10 см, и некоторые виды лишайников. У некоторых членистоногих развились примитивные лёгкие, позволявшие им дышать атмосферным воздухом, например, ракоскорпион бронтоскорпио мог находиться на суше в течение четырёх часов.

В морях спустя миллионы лет формируются огромные коралловые рифы, где находили себе убежище мелкие ракообразные и плеченогие. В этом периоде членистоногие (артроподы) становятся ещё больше, например, ракоскорпион птериготус мог достигать 2,5 метров в длину, однако, он был слишком крупным, чтобы выползать на сушу.

В силурийских морях появляются окончательно сформировавшиеся позвоночные животные. В отличие от артроподов, у позвоночных имелся костный хребет, позволявший им лучше маневрировать под водой. У позвоночного цефаласписа, например так же развились сенсорные органы, которые генерировали особое магнитное поле, позволявшее ему ощущать окружающую среду. Так же у цефаласписа развился примитивный мозг, позволявший животному запоминать некоторые события.

[править]Девонский период (417—354 млн лет назад)

Основная статья: Девонский период

Отпечаток Аrchaeopteris hibernica.

В девоне жизнь продолжает активно развиваться на суше и в море. Появляются первые примитивные леса, состоящие в основном из древнейших примитивных древовидных папоротников археоптерисов(Archaeopteris), которые произрастали в основном по берегам рек и озёр^[33].

Основная жизнь в раннем девоне была представлена в основном членистобрюхими^[34] и многоножками, которые дышали всей поверхностью тела и жили в очень влажных местах. Однако, к концу девона у древних артроподов появляется хитиновый панцирь, сокращается число сигментов тела, четвёртая пара лап превращается в усики и челюсти, у некоторых также развились крылья. Так появилась новая эволюционная ветвь — насекомые, которая смогла освоить самые разнообразные уголки планеты.

В середине девона на сушу ступили первые амфибии (например, гинерпетон, ихтиостега). Они не могли жить вдали от воды, так как их кожа была ещё очень тонка и незащищена от пересыхания. К тому же, амфибии могли размножаться только при помощи воды — икринками. Вне воды потомство амфибии погибло бы: икру иссушило бы солнце, ведь она не защищена никакой оболочкой, кроме тонкой плёнки^[35].

У рыб развились челюсти, позволявшие им ловить быстро плавающих жертв. Они стали стремительно увеличиваться в размерах. Уже к концу девона в морях появились первые костные рыбы, такие как гигантская хищная гинерия. Однако самыми грозными обитателями девонских морей были представители группы плакодерм, такие как дунклеостей и динихтис, достигавшие в длину 8-10 метров^[36][37].

[править]Каменноугольный период (354—290 млн лет назад)

Реконструкция протерогиринуса.

Реконструкция петролакозавра.

Основная статья: Каменноугольный период

В каменноугольном периоде почти на всей планете климат был жаркий и влажный. В болотистых лесах того времени росли преимущественно хвощи, древовидные папоротники и гигантскиелепидодендроны, достигавшие в высоту от 10 до 35 метров, и в диаметре ствола — до одного метра^[38].

Фауна была представлена огромным количеством существ. Обилие тепла, влаги и кислорода способствовало увеличению размера членистоногих, так, например, артроплевра могла достигать 2,5 метров в длину^[39], а громадная стрекоза меганевра — 75 см в размахе крыльев^[40].

Такие условия способствовали и процветанию амфибий. Они (например, протерогиринус) заняли все прибрежные области обитания, практически окончательно вытеснив двоякодышащих^[41] икистепёрых^[42]. В каменноугольном периоде амфибии дали начало рептилиям^[43]. Первые рептилии были очень маленькими животными, напоминавшими современных ящериц, например, длина петролакозавра не превышала 40 сантиметров в длину. Рептилии могли откладывать яйца на суше — это было большим эволюционным шагом, к тому же их кожа была защищена плотной чешуёй, защищавшей кожу животного от высыхания, а значит, они могли спокойно уходить далеко от воды. Наличие таких приспособительных особенностей и определило их дальнейший эволюционный успех в качестве наземных животных^[44].

В морях каменноугольного периода также было множество форм жизни. Акулы и костные рыбы (предки большинства современных рыб) доминировали в толще воды, а морское дно покрывали многочисленные коралловые рифы, тянущиеся на многие километры вдоль побережий древних материков.

Конец карбона, примерно 290 млн лет назад, ознаменовал длительный ледниковый период, окончившийся в начале перми. Ледники медленно подбирались к экватору с севера и юга. Многие животные и растения не смогли приспособиться к таким климатическим условиям и вскоре вымерли.

[править]Пермский период (290—248 млн лет назад)

Основная статья: Пермский период

Из-за ледникового периода в конце карбона в пермском периоде климат стал прохладнее и суше. Пышные тропические леса, болота сменили бескрайние пустыни и засушлиые равнины^[45]. В таких условиях росли только самые стойкие растения — папоротники и примитивные хвойные.

Реконструкция Edaphosaurus pogonias

Реконструкция Dimetrodon loomisi

Вследствие исчезновения болот резко сократилась численность амфибий, так как они могли жить только рядом с водой (например, амфибия-рептилиоморф сеймурия^[46]). Место амфибий заняли рептилии, так как они были хорошо приспособлены к жизни в сухом климате. Рептилии стали быстро увеличиваться в размере и численности, им удалось расселиться по всей суше, они дали начало таким крупным наземным животным, как пеликозавры (например,диметродоны^[47] и эдафозавры^[48]). Из-за холодного климата у таких рептилий развился парус, который помогал им регулировать температуру тела^[49].

Реконструкция российского Scutosaurus karpinskii

Реконструкция горгонопса иностранцевии

В эпоху поздней перми сложился единый суперконтинент — Пангея^[50]. В местах с особенно сухим и жарким климатом стало образовываться всё больше пустынь. В это время пеликозавры дали начало терапсидам — звероподобным ящерам^[51][52][53]. Они отличались от своих предков прежде всего тем, что имели отличное от них строение зубов; во-вторых эта группа имела гладкие кожные покровы (в процессе эволюции чешуя у них так и не развилась); в-третьих у некоторых представителей этой группы развилисьвибриссы (а позже и шёрстный покров). Отряд терапсид включал как кровожадных хищников (например, горгонопсы), так и роющих растительноядных животных (например, дииктодона^[54]). Помимо терапсид на суше обитали и представители семейства парейазавров, например, покрытый толстой бронёй скутозавр^[55].

К концу пермского периода климат стал намного более сухим, что привело к сокращению площади прибрежных зон с густой растительностью и увеличению площади пустынь. В результате из-за недостатка жизненного пространства, корма и кислорода, вырабатываемого растениями, многие виды животных и растений вымерли. Это эволюционное событие получило название массового пермского вымирания в процессе которого вымерло 95 % всех живых существ. Учёные до сих пор спорят о причинах этого вымирания, и выдвигают некоторые гипотезы:

1. Падение одного или нескольких метеоритов, либо столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров (одним из доказательств этой теории служит наличие 500-километрового кратера в районе Земли Уилкса^[56][57][58];

2. Усиление вулканической активности;

3. Внезапный выброс метана со дна моря;

4. Излияние траппов (базальтов), вначале относительно небольших Эмейшаньских траппов около 260 млн лет назад, затем колоссальныхСибирских траппов 251 млн лет назад^[59]. С этим могли быть связаны вулканическая зима, парниковый эффект из-за выброса вулканических газов и другие климатические изменения, повлиявшие на биосферу^[60][61].

Однако, эволюция на этом не прекратилась: через некоторое время выжившие виды живых существ дали начало новым, ещё более диковинным формам жизни.

[править]Мезозойская эра

Зарисовка амфицелиаса 1892 года

Во время мезозоя на земле обитали самые причудливые организмы. Самые известные из них —динозавры. Они доминировали в течение 160 млн лет на всех континентах, в воздухе и даже в воде. Они были самых различных размеров: от совсем крошечного микрораптора, который достигал всего 70 см в длину и веса 0,5 кг^[62], до гигантского амфицелиаса, достигавшего в длину 50 метров, а веса 150 тонн^[63]. Но, кроме динозавров, в то время нашу планету населяли ещё множество не менее интересных существ. В то время на Земле было огромное разнообразие форм жизни, которые продолжали эволюционировать и совершенствоваться.

[править]Триасовый период (248—206 млн лет назад)

Основная статья: Триасовый период

В начале триасового периода жизнь на планете продолжала медленно восстанавливаться после массового вымирания видов в конце пермского периода. Климат на большей части земного шара был жарким и сухим, но количество выпадавших осадков вполне могло обеспечить довольно высокое разнообразие растений. Самыми распространёнными в триасе были примитивные хвойные, папоротники игинкговые, ископаемые останки которых встречаются по всему свету, включая даже полярные области Земли.

Животные, пережившие пермское массовое вымирание видов, оказались в очень выигрышной ситуации — ведь на планете почти не осталось ни их пищевых конкурентов, ни крупных хищников. Растительноядные рептилии стали быстро увеличиваться в численности. То же самое произошло и с некоторыми хищниками. В скором времени большинство животных дали начало множеству новых и необычных видов рептилий. В раннем триасовом периоде некоторые рептилии возвратились жить в воду; от них произошли нотозавры и прочие полуводные существа.

Реконструкция Euparkeria capensis.

В начале триасового периода жил и возможный предок динозавров — эупаркерия. Отличительным свойством эупаркерии от других ящериц было то, что она могла вставать и бегать на задних лапах.

Суперконтинент Пангея (слева) в позднем триассовом периоде раскололся на два более мелких — Лавразию и Гондвану (справа).

В позднем триасовом периоде (227—206 млн лет назад) на Земле произошли события, предопределившие развитие жизни на протяжении всей остальной части эры динозавров. В результате раскола гигантского суперконтинента Пангеи образовалось несколько материков. Вплоть до позднего триаса на суше господствовали звероподобные (терапсиды) рептилии, представленные, например, плацериасом и листрозавром, а также несколько других групп причудливых пресмыкающихся, к которым относились танистрофей и протерозух. Но за сравнительно короткое время численность терапсид сильно сократилась (за исключением группы цинодонтов, давших начало млекопитающим). Их место заняли рептилии — архозавры, три основные группы которых вскоре стали господствующими. Этими группами животных были динозавры, птерозавры и крокодилообразные рептилии. Быстро эволюционировали и морские рептилии, предки гигантских ихтиозавров.

Конец триасового периода ознаменовало новое массовое вымирание видов, как на сравнение с аналогичным событием в конце перми. Его причины остаются загадкой. Одно время учёные связывали его с падением на Землю астероида, оставившего после себя огромный кратер Маникуаган (Канада) диаметром 100 км, но, как выяснилось, это событие произошло гораздо раньше.

[править]Юрский период (206—144 млн лет назад)

Основная статья: Юрский период

В раннем юрском периоде (206—180 млн лет назад) климат на Земле стал более тёплым и влажным. В приполярных регионах поднялись хвойные леса, а тропики покрылись зарослями хвойных растений, папоротников и саговников. По мере того как континенты медленно расходились, в некоторых низинных уголках планеты формировался муссонный климат; образовались обширные речные бассейны, регулярно затопляемые водой. В ранний юрский период динозавры и птерозавры быстро увеличиваются в размерах, становятся более многочисленными и разнообразными и начинают расселяться по всему земному шару. Не отстают от них и морские рептилии (ихтиозавры иплезиозавры), а также моллюски (например, аммониты).

В среднем и позднем юрском периоде (180—144 млн лет назад) климат в некоторых тропических частях света стал более сухим. Возможно, изменение климата и явилось причиной того, что многие динозавры начали быстро превращаться в настоящих гигантов. Среди растительноядных динозавров — завропод — появляются диплодок, брахиозавр и прочие тяжеловесные монстры, а среди хищников —теропод — громадный аллозавр и подобные ему многотонные «киллеры». Но по суше бродили и представители других групп динозавров (например, стегозавры и отниелия). Крылатые птерозавры были представлены как рыбоядными видами (например, рамфоринхом), так и крошечными насекомоядными рептилиями (например, анурогнатом).

Тёплые юрские моря изобиловали планктоном, служившим кормом лидсихтису и другим крупным рыбам. Хищные плезиозавры были представлены длинношеим криптоклидом и гигантским лиоплевродоном; в мелководных морях охотились древнейшие морские крокодилообразные (например, метриоринх).

[править]Меловой период (144-65 млн лет назад)

Основная статья: Меловой период

В меловом периоде климат на планете по-прежнему оставался тёплым; благодаря обильным сезонным дождям почти весь земной шар — от экватора до приполярных областей — был покрыт пышной растительностью. В позднем юрском периоде появились столь обычные сегодня цветковые (покрытосемянные) растения, а в меловом периоде они стали уже одной из господствующих групп растений на планете. В конце мелового периода цветковые вытеснили во многих регионах хвойные, папоротники и саговники, всерьёз заявив свои права на господствующее положение в мире растений, которые они окончательно утвердят в кайнозойскую эру.

В результате продолжавшегося расхождения континентов образовывались всё новые проливы, моря и океаны, затруднявшие свободное перемещение животных по планете. Мало-помалу на континентах начали появляться собственные виды растений и животных.

Одна из реконструкцийTyrannosaurus rex.

Меловой период был эпохой гигантов. В Южной Америке жили гигантозавры и аргентинозавры — самые крупные наземные животные, когда-либо обитавшие на Земле, а в Северной Америке — исполинские хищные тираннозавры и рогатые торозавры. Среди динозавров появились и специализированные виды;велоцираптор и протоцератопс, например, приспособились к жизни среди песчаных дюн монгольских пустынь, а леллинозавр — в южной полярной области. Млекопитающие (например, дидельфодон) по-прежнему не играли в жизни планеты сколько-нибудь существенной роли; они оставались небольшими животными, но их численность (особенно к концу мелового периода) начала заметно увеличиваться.

Большие изменения произошли и в морях. Их бывшие властелины (ихтиозавры и плиозавры) уступили место стремительным хищным рыбам (например, ксифактину) и мозазаврам — новой группе гигантских рептилий, включавшей, например, тилозавра.

Увеличились размеры крылатых ящеров птерозавров. Орнитохейрус, птеранодон и крупные птерозавры преодолевали по воздуху огромные расстояния и, возможно, даже перелетали с континента на континент. В воздухе порхали примитивные птицы (например, иберомезорнис); некоторые морские пернатые (как, например, гесперорнис) летать не умели, зато обладали внушительными размерами.

Конец мелового периода (примерно 65 млн лет назад) был отмечен новым массовым вымиранием видов, стёршим с лица Земли около 40 % всех существовавших в то время семейств животных. Исчезли птерозавры, аммониты и мозазавры, но самыми знаменитыми жертвами этой катастрофы были, конечно же, динозавры. Едва оправились после этого испытания и многие другие группы живых существ.

Падение метеорита 65 млн лет назад в представлении художника.

Вопрос о причинах массового вымирания видов в конце мелового периода до сих пор вызывает среди учёных горячие споры. Вот несколько из них, которые находят наибольшее количество сторонников:

1) Больше всего сторонников (и подтверждений) имеет теория столкновения Земли с гигантским астероидом. Столкновение произошло на территории полуострова Юкатан в мексиканском заливе. Метеорит имел диаметр около 10 км (длина его была столь огромна, что когда одна его часть коснулась воды в заливе, то другая находилась ещё в верхних слоях атмосферы), и после его падения образовался кратер диаметром 160 км. Однако, всё же не все учёные верят, что даже такое сильное столкновение могло уничтожить столько видов животных в такой короткий срок.

2) Некоторые учёные поддерживают теорию о миграции болезней: из-за падения уровня океана 65 млн лет назад образовались некоторые сухопутные переправы с материка на материк. Животные стали перебираться с материка на материк, а вместе с ними и их паразиты, болезни. Так как иммунитет животных с одного материка не приспособлен к болезням и паразитам с другого, то даже не смертельная болезнь для животных, например, из Азии, может оказаться смертельной для животного, например, из Америки. Из-за этого начались массовые эпидемии. В Азию мигрировали, например, круглые черви, а в Америку — эхинококки. Но, опять же, возможность вымирания стольких видов животных из-за миграции паразитов крайне мала — вскоре животные приспособились бы к болезням.

3) Возможно, мел-палеогеновое вымирание связано с повышенной вулканической активностью. В нескольких местах земного шара 65 млн лет назад произошли массовые извержения. Мощные потоки лавы вырывались к примеру, из огромных вулканов на Индостане. Потоки лавы уничтожали на пути всех животных и места их обитания. Ещё более опасными были вырывающиеся из вулканов ядовитые газы. От них умирали ещё не вылупившиеся детёныши живших в то время динозавров, и задыхались взрослые животные.

4) Наша планета движется в космосе вместе с солнечной системой Млечным путём. Согласно этой теории, раз в миллионы лет Земля и Солнечная система попадают в местность космоса, где очень много мелких и крупных метеоритов. Возможно, именно 65 млн лет назад нечто подобное и случилось, и тогда на Землю обрушились огромные метеоритные потоки. Некоторые метеориты были столь велики, что не сгорали в атмосфере и врезались в Землю. Однако палеонтологи считают эту теорию маловероятной.

Сверхновая звезда

5) Учёные полагают, что 65 млн лет назад на расстоянии примерно в 200—300 световых лет от Земли взорвалась сверхновая звезда. Такие звёзды накапливают в себе огромное количество энергии и, не выдерживая собственного давления, взрываются. Энергия от взрыва может распространяться на сотни световых лет^[64]. Так вот, в момент взрыва произошёл такой выброс энергии, что сжёг озоновый слой в атмосфере Земли. После этого препятствий для солнечной радиации больше не было, и она начала поражать клетки растений и животных. Растения завяли, а животные стали страдать от раковых заболеваний и голода.

6) Многие палеонтологи также считают, что ни одна из вышеприведённых теорий не способна объяснить гибель стольких видов живых существ. Они считают, что только вместе все эти катастрофы способны набрать достаточную силу, чтобы вызвать массовое вымирание видов: сначала повысилась вулканическая активность на планете, что могло вызвать падение уровня океанов, которое привело к массовым эпидемиям, затем рядом с нашей галактикой взорвалась сверхновая, вследствие чего сгорел озоновый слой, и в наконец Земля попала в область с огромным количеством метеоритов и претерпела множество столкновений с мелкими и, наконец, с одним огромным, что привело к концу динозавров и многих других животных.

Есть и другие теории, касающиеся мел-палеогенового вымирания, но они поддерживаются совсем немногими учёными.

Но всё же, как бы то ни было, 65 млн лет назад на смену резко завершившейся мезозойской эре — «веку рептилий» — пришла кайнозойская эра — «век млекопитающих».

[править]Кайнозойская эра

Основная статья: Кайнозой

Массовое вымирание видов 65 млн лет назад ознаменовало собой начало новой, продолжающейся и сегодня кайнозойской эры. В результате катастрофических событий тех далёких времён с лица нашей планеты исчезли все животные размером крупнее крокодила. А уцелевшие небольшие животные оказались с наступлением новой эры в совершенно ином мире. В кайнозое продолжался дрейф (расхождение) континентов. На каждом из них формировались уникальные сообщества растений и животных.

[править]Палеогеновый период

Основная статья: Палеогеновый период

Палеоге́н, Палеогенный период, Палеогенная система — геологический период, первый период кайнозоя. Начался 65 млн лет назад, закончился — 24,6 млн. Продолжался 40,4 млн лет.

В палеогене климат был ровным тропическим. Практически вся Европа была покрыта вечнозелёными тропическими лесами, и лишь в северных областях произрастали листопадные растения. Во второй половине палеогена климат становится более континентальным, появляются ледяные шапки на полюсах.

В этом периоде начался бурный расцвет млекопитающих. После вымирания большого количества рептилий возникло множество свободныхэкологических ниш, которые начали занимать новые виды млекопитающих. Были распространены яйцекладущие, сумчатые и плацентарные. В лесах и лесостепях Азии возникла так называемая «индрикотериевая фауна».

В воздухе господствуют веерохвостые беззубые птицы. Широко распространены крупные бегающие хищные птицы (диатримы). Увеличивается разнообразие цветковых растений и насекомых.

В морях процветают костистые рыбы. Появляются примитивные китообразные, новые группы кораллов, морских ежей, фораминиферы — нуммулитиды достигают нескольких сантиметров в диаметре, что очень много для одноклеточных. Вымирают последние белемниты, начинается расцвет головоногих с редуцированной или вовсе исчезнувшей раковиной — осьминогов, каракатиц и кальмаров, вместе с белемнитами объединяемых в группу колеоидей.

[править]Палеоценовая эпоха (65-55 млн лет назад)

Основная статья: Палеоцен

Реконструкция Gastornis giganteus

С наступлением палеоцена опустевшая планета начинает медленно восстанавливаться от последствий катастрофы. Первыми преуспели в этом растения. Всего через несколько сотен тысяч лет значительная часть земной суши покрылась непроходимыми джунглями и болотами; густые леса зашумели даже в приполярных областях Земли. Животные, пережившие массовое вымирание видов, оставались небольшими; они ловко лавировали между стволами деревьев и лазали по веткам. Крупнейшими животными планеты в то время были птицы. В джунглях Европыи Северной Америки, например, охотился свирепый хищник гасторнис, достигавший высоты 2,2 метра^[65].

Вымирание динозавров позволило млекопитающим широко расселиться по планете и занять новые экологические ниши. В конце палеоцена (примерно 55 млн лет назад) их разнообразие резко увеличилось. На Земле появились предки многих современных групп зверей — копытных,слонов, грызунов, приматов, рукокрылых (например, летучих мышей), китов, сирен. Мало-помалу млекопитающие начинают покорять земной шар.

[править]Эоценовая эпоха (55-34 млн лет назад)

Основная статья: Эоцен

В начале эоцена значительная часть Земной суши по-прежнему была покрыта непроходимыми джунглями. Климат оставался тёплым и влажным. По лесной подстилке бегали и прыгали примитивные млекопитающие (крошечная лошадь пропалеотерий, лептиктидий и др.). На деревьях жила годиноция (один из древнейших приматов), а в Азии обитал амбулоцет — примитивный кит, умевший ходить по суше.

Рекострукция Andrewsarchus mongoliensis

Примерно 43 млн лет назад климат на Земле стал более прохладным и сухим. На значительной части планеты густые джунгли уступили место редколесью и пыльным равнинам. Жизнь на открытой местности способствовала увеличению размеров млекопитающих.

Азия стала родиной гигантских бронтотериев (например, эмболотерия) и массивных плотоядных зверей (например, андрузарха, достигавшего в длину 5,5 метров^[66]). В тёплых морях плавали примитивные киты (например, базилозавр и дорудон), а на побережье Африки жили меритерий и причудливый арсинотерий.

Приблизительно 36 млн лет назад начала замерзать расположенная у южного полюса Антарктика; её поверхность медленно покрывалась громадными ледяными щитами. Климат на планете стал более прохладным, а уровень воды в океанах упал. В различных частях света сильно изменился сезонный ритм дождей. Многие животные не смогли приспособиться к этим изменениям, и всего через несколько миллионов лет примерно пятая часть всех обитавших на Земле видов живых существ вымерла.

[править]Олигоценовая эпоха (34-24 млн лет назад)

Основная статья: Олигоцен

В начале олигоцена климат на планете был сухим и прохладным, что способствовало образованию открытых равнин, полупустынь и кустарниковых зарослей. В результате изменения климата в конце эоцена многие древние семейства млекопитающих вымерли. Их место заняли новые виды зверей, включая и прямых предков некоторых современных млекопитающих — носорогов, лошадей, свиней, верблюдов икроликов.

Реконструкция Indricotherium bugtiense

Среди млекопитающих продолжают появляться гигантские вегетарианцы (индрикотерии, например, не уступали размерами динозаврам — они могли достигать 8 метров в высоту и весить до 15 тонн^[67]) и кровожадные хищники (такие как энтелодон и гиенодон). Возникают первые представители отряда млекопитающих (например, похожий на собаку цинодикт).

В результате продолжавшегося расхождения континентов Южная Америка и Австралия полностью обособились от остального мира. Со временем на этих «островных» континентах сформировалась уникальная фауна, представленная сумчатыми млекопитающими и другими диковинными животными.

Около 25 млн лет назад в Азии образуются первые безбрежные равнины, поросшие злаками — степи. С тех пор злаки, которые прежде были несущественным элементом наземных ландшафтов, во многих частях света постепенно превращаются в господствующий тип растительности, покрывшей в конце концов пятую часть поверхности суши.

[править]Неогеновый период

Основная статья: Неогеновый период

Неоге́н — геологический период, второй период кайнозоя. Неогеновый период начался около 25 миллионов лет назад, закончился лишь 2 миллиона лет назад. Продолжительность неогена — 23 миллиона лет. Млекопитающие осваивают моря и воздух — возникают киты ирукокрылые. Плацентарные оттесняют на периферию остальных млекопитающих. Фауна этого периода становится очень похожей на современную. Но есть и отличия — ещё существуют мастодонт, гиппарион, саблезубый тигр. Крупные нелетающие птицы играют большую роль, особенно в изолированных, островных экосистемах.

[править]Миоценовая эпоха (24-5 млн лет назад)

Основная статья: Миоцен

Неогеновом (Миоцен) периоде, 20 миллионов лет назад. В результате столкновения полуострова Индостан с Азией, образовались горы Гималаи. Подобным образом в миоцене образовывались и другие горные цепи.]]

Одна из реконструкций Deinotherium giganteum

Чередование засушливых и дождливых сезонов привело к тому, что в миоцене значительная часть суши покрылась бескрайними степями. Поскольку злаки и другие травы перевариваются плохо, у травоядных млекопитающих сформировались новые типы зубов и изменился пищевой аппарат, что позволило им извлекать из этого легкодоступного корма максимум питательных веществ.

Степи стали родиной быков, оленей и лошадей. Многие из этих животных держались стадами и кочевали с места на место вслед за дождями. А за стадами травоядных шли по пятам хищники.

Другие млекопитающие предпочитали ощипывать листья деревьев и кустарников. Некоторые из них (например, исполинский слон динотерий и диковинный халикотерий) достигали очень больших размеров^[68].

В миоцене образовались многие горные системы — Альпы, Гималаи, Анды и Скалистые горы. Некоторые из них оказались настолько высокими, что изменили характер циркуляции воздуха в атмосфере и стали играть важную роль в формировании климата.

[править]Плиоценовая эпоха (5-2,6 млн лет назад)

Основная статья: Плиоцен

В середине плиоцена между Южной и Северной Америкой, в результате падения уровня океана, образовался узкий перешеек.

Реконструкция Australopithecus afarensis

В плиоцене климат Земли стал ещё более разнообразным. Планета разделилась на множество климатических регионов — от территорий, покрытых полярными льдами до жарких тропиков.

В поросших злаками степях каждого континента появлялись всё новые виды травоядных животных и охотившихся на них хищников. В восточной и южной части Африки густые леса уступили место открытым саваннам, что заставило первых гоминид (например, афарского австралопитека) спуститься с деревьев и добывать корм на земле^[69].

Около 2,5 млн лет назад южноамериканский континент, который примерно в течение 30 млн лет находился в изоляции от остального мира, столкнулся с Северной Америкой. С севера на территорию современной Аргентины проникли мощные смилодоны и другие хищники, а гигантские дедикур, фороракос и другие южные звери перебрались жить в Северную Америку. Это переселение животных получило название «Великий обмен».

[править]Антропогеновый (Четвертичный) период

Основная статья: Четвертичный период

Это самый короткий геологический период, но именно в четвертичном периоде сформировалось большинство современных форм рельефа и произошло множество существенных событий в истории Земли (с точки зрения человека), важнейшие из которых — ледниковая эпоха и появление человека. Продолжительность четвертичного периода так мала, что обычные палеонтологические методы относительного иизотопного определения возраста оказались недостаточно точны и чувствительны. На таком коротком интервале времени применяется прежде всего Радиоуглеродный анализ и другие методы, основанные на распаде короткоживущих изотопов. Специфика четвертичного периода по сравнению с другими геологическими периодами вызвала к жизни особую ветвь геологии — четвертичную.^[70] [71]

Четвертичный период подразделяется на плейстоцен и голоцен.

[править]Плейстоценовая эпоха (2,6 млн.-11,7 тыс. лет назад)

Основная статья: Плейстоцен

Репродукция неандертальца в музее Космокайша, Барселона.

Реконструкция шерстяного мамонта в полный размер.

В начале плейстоцена на земле наступил длительный ледниковый период. В течение 2 млн лет на планете многократно чередовались очень холодные и относительно теплые отрезки времени. В холодные промежутки, которые продолжались примерно 40 тысяч лет, континенты подвергались нашествию ледников. В промежутках с более тёплым климатом (межледниковьях) льды отступали, и уровень воды в морях поднимался.

У многих животных холодных регионов планеты (например, умамонта и шерстистого носорога) появился густой шёрстный покров и толстый слой подкожного жира^[72][73]. На равнинах паслись стада оленей и лошадей, на которых охотились пещерные львы и другие хищники. А приблизительно 180 тысяч лет назад на них начали охотиться и люди — сначала неандерталец, а затем и человек разумный^[74].

Однако многие крупные животные не смогли приспособиться к резким колебаниям климата и вымерли. Около 10 тысяч лет назад ледниковый период окончился, и климат на Земле стал более тёплым и влажным. Это способствовало быстрому увеличению численности человеческой популяции и расселению людей по всему земному шару. Они научились распахивать землю и выращивать культурные растения. Маленькие поначалу сельскохозяйственные общины разрослись, появились города, а всего через несколько тысячелетий человечество превратилось в мировое общество, использующее все достижения высоких технологий. Зато многие виды животных, с которыми люди испокон веков делили планету, оказались на грани исчезновения. Вот почему учёные всё чаще говорят о том, что по вине человека на Земле разразилось новое массовое вымирание видов.

[править]Голоценовая эпоха (11,7 тыс. лет назад — современность)

Основная статья: Голоцен

Бронзовое ожерелье времён голоцена, музей в городе Тулуза,Франция^[75].

Жизнь животных и растений незначительно изменялась в течение Голоцена, но имеются большие перемещения в их распределениях. Множество больших животных, включая мамонтов и мастодонтов, саблезубых кошек (подобно смилодонам и гомотериям) и гигантских ленивцев начали вымирать с позднего плейстоцена по ранний голоцен. В Северной Америке многие животные, процветавшие в других краях (включая лошадей и верблюдов), вымирали. Некоторые объясняют сокращение Американской мегафауны прибытием предков Американских индейцев, но все же большинство ученых утверждают, что большее влияние оказало изменение климата^[76].

Люди начали жить в то время в гамбургской культуре, культуре федермессер^[77] и натуфийской культуре^[78], в которых древнейшие города мира сначала были урегулированы, как например, Иерихону на Среднем Востоке.

42. Антропогенез как часть биологической науки

Антропогенез — часть биологической эволюции, которая привела к появлению человека разумного (лат. Homo sapiens), отделившегося от прочих гоминид, человекообразных обезьян и плацентарных млекопитающих, процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи. Изучением антропогенеза занимается множество наук, в частности антропология, палеоантропология, генетика, лингвистика.

В эволюционном контексте термин «человек» относится не только к ныне живущим людям, но и к представителям вымерших видов родаHomo. Кроме того, исследования антропогенеза распространяются на других гоминид, например, австралопитеков. Род Homo отделился от австралопитеков или подобных им гоминин около 2 млн лет назад в Африке. Существовало несколько видов людей, большинство из которых вымерло^[1]. К ним, в частности, относятся эректусы и неандертальцы.

Важнейшими этапами антропогенеза, отделившими человека от других гоминид и выделившими его из мира животных, были начало изготовления орудий труда, освоение огня и появление языка.

Начиная с H. habilis, люди использовали каменные орудия, всё более искусно изготовленные (см. Палеолит). В последние 50 тыс. лет технология и культура изменяются быстрее, чем в предшествующие эпохи.

Эволюция приматов до человека

Изменения средней температуры Земли за последние 500 млн лет

Приматы — одна из старейших групп современныхплацентарных млекопитающих. Эволюционная история приматов может быть прослежена примерно на 90 млн лет назад, когда приматообразные разделились на приматов и шерстокрылов. 85 млн лет назад сухоносые приматы отделились от мокроносых. Около 80 млн л.н. разошлись линии долгопятообразных иобезьянообразных, а лемурообразные отделились отлориобразных. Останки древнейших приматов известны лишь из палеоценовых и эоценовых отложенийСеверной Америки, Евразии и Африки (плезиадаписы,антрасимия, нотарктус, дарвиниус (Ида) и др). Только для пургаториуса предполагается верхнемеловоевремя.

После глобального похолодания, когда около 30 млн лет назад, в раннем олигоцене, Антарктида начала покрываться льдом, приматы вымерли повсеместно кроме Африки, Америки и юга Азии. Одним из выживших был грифопитек — ископаемая обезьяна, жившая на территории современной Германии и Турции около 16,5 млн лет назад, на 1,5 млн лет раньше, чем подобные виды появились в Африке. Возможно, первые человекообразные обезьяны также появились не в Африке, а в Евразии. С другой стороны, высказываются предположения, что предки гоминид мигрировали в Евразию из Африки около 17 млн лет назад, когда эти континенты некоторое время были соединены, прежде чем вновь разделились при расширении Средиземного моря. В начале миоцена (23.03 мл лет назад) климат снова стал тёплым, и они могли процветать в Евразии, после чего ареал одного из них, дриопитека, распространился из Европы или западной части Азии в Африку^[5].

Возможно, что уцелевшая после климатических изменений тропическая популяция обезьян, хорошо представленная в слоях верхнего эоценаи нижнего олигоцена Файюмского оазиса в Египте (биретия, каранисия, сахарогалаго, протеопитек, египтопитек, катопитек и др.), дала начало всем ныне существующим приматам — лемурам Мадагаскара, лори Юго-Восточной Азии, африканским галаго, широконосым обезьянамНового Света и узконосым обезьянам Старого Света (человекообразные обезьяны и мартышкообразные).

В раннем миоцене примитивные узконосые обезьяны Восточной Африки пережили длительный период видообразования. Среди выделяемых ныне видов и родов обезьян этой эпохи известны, в частности, камойяпитек, моротопитек, лимнопитек, проконсул, афропитек, кениапитек,чорорапитек, экваториус, отавипитек, ньянцапитек, викториапитек, дендропитек, все из Восточной Африки, а также ореопитек, который обитал в Италии около 9 млн лет назад и европейские — пиеролапитек, анойяпитек, дриопитек. При сравнении ДНК современных обезьян было показано, что гиббоны отделились от общего ствола гоминид ~ 18 млн лет назад, а орангутаны — около 14 млн лет назад. За исключениемдендропитека останки ископаемых гиббонов науке неизвестны, и их происхождение остается неясным. Ископаемым прото-орангутаном считается сивапитек, обитавший в Азии около 12—10 млн лет назад и хорапитек из Таиланда.

Предполагается, что видами, близкими к общему предку горилл, шимпанзе и людей, были накалипитек из Кении и уранопитек с Балканского полуострова. По данным молекулярной биологии, около 7 — 8 млн лет назад сначала гориллы, а потом и шимпанзе отделились от предков людей. ДНК шимпанзе на 98,4 % идентична человеческой. Из-за влажного климата тропических лесов, в кислых почвах которого кости плохо сохраняются, а также отчасти из-за невнимания исследователей, сосредоточенных преимущественно на поиске предков человека, ископаемых горилл и шимпанзе до сих пор практически не найдено.

В середине миоцена климат снова стал холоднее и засушливее, что спровоцировало новое массовое вымирание фауны. Однако гоминины, как и многие другие виды (антилопы, гиены, собаки, свиньи, слоны, лошади) пережили климатические изменения и сумели к ним адаптироваться. Их дальнейшая эволюция привела к образованию множества новых видов, из которых самыми древними сейчас считаютсяSahelanthropus tchadensis (7 млн лет назад) и Orrorin tugenensis (6 млн лет назад). За ними, в частности, последовали:

Ardipithecus (5.8-4.4 млн лет назад), с видами Ar. kadabba и Ar. ramidus;

Australopithecus (4-2 млн лет назад), с видами Au. anamensis, Au. afarensis, Au. africanus, Au. bahrelghazali и Au. garhi;

Paranthropus (3-1.2 млн лет назад), с видами P. aethiopicus, P. boisei и P. robustus;

Kenyanthropus (3 млн лет назад), вид Kenyanthropus platyops

Homo (от 2 млн лет назад), с видами Homo habilis (или Australopithecus habilis), Homo rudolfensis, Homo ergaster, Homo georgicus, Homo antecessor, Homo cepranensis, Homo erectus, Homo heidelbergensis, Homo rhodesiensis, Homo neanderthalensis, Homo sapiens idaltu, Homo sapiens sapiens, Homo floresiensis.

[править]Род Homo

Вид черепа сбоку 1. Горилла 2. Австралопитек 3. Homo erectus 4.Неандерталец (Ля-Шапелль-о-Сен) 5. Штейнгеймский человек 6. Современный человек

Слово homo в переводе с латыни означает «человек» и было выбрано для классификации ещё Линнеем. В латинском языке оно произошло от общеиндоевропейского корня «dhghem», земля^[6].

В современной таксономии Homo sapiens — единственный ныне существующий вид рода Homo, хотя продолжающиеся исследования происхождения Homo sapiens дают всё новую и новую информацию о других видах Homo, давно уже вымерших. Некоторые из этих видов могли быть предками современных людей, но многие являются лишь «кузенами» и эволюционировали в сторону от нашего вида^[7]. В то же время продолжаются и дискуссии о том, какие из них считать отдельными видами, а какие — лишь расами одного вида. В некоторых случаях причиной разногласий является ограниченность или полное отсутствие необходимой информации, в других — различия в подходах к классификации.

Считается, что есть две главные научные школы, по-разному объясняющие движущие силы эволюции человека. Раньше других появились представления об адаптации предков людей, обитавших на деревьях, к жизни в саванне, куда они вышли для охоты на травоядных. Теория саванны, впервые сформулированная Раймондом Дартом, не исключает, что к саванне смогли приспособиться лишь те обезьяны, которые ещё в лесах приобрели необходимую для этого анатомию и поведенческие навыки^[8].

Некоторые антропологи, например, Бернард Вуд, Кевин Хант и Филипп Тобиас, считают теорию саванны устаревшей. Альтернативная гипотеза допускает, что человек эволюционировал под влиянием приспособления к земноводному существованию, то есть к собиранию моллюсков и прочей пищи на мелководье, что требовало, в частности, способности плавать и нырять, отличающей человека от прочих обезьян. Эта гипотеза объясняет многие анатомические особенности современного человека, такие как прямохождение^[9], отсутствие шерсти^[10], развитый слой подкожного жира^[11], низкое положение гортани относительно носоглотки, характерное для морских млекопитающих,^[12], vernix caseosa или первородная смазка новорождённых детей, также характерная для морских млекопитающих, а не обезьян^[12], крупный мозг^[13], высокий нос с направленными вниз ноздрями (не вперёд, как у обезьян), предотвращающий попадание воды в носоглотку и жирная кожа с обилием сальных желёз, которая может служить для защиты от воды^[14]. Обсуждается несколько вариантов приспособления протолюдей к жизни в водной стихии, в том числе собирательство на мелководье и развитие новых способов передвижения в воде и доставки собранной пищи на берег^[9], плавание^[15] и ныряние^[11][16][17]. Получить палеоантропологические доказательства земноводного обитания протолюдей крайне сложно, по крайней мере, из-за повышения уровня моря по окончании ледникового периода, из-за чего бывшее мелководье оказалось теперь на глубине 100—120 м^[18]. Однако археология и палеонтология позволяют исследовать рацион питания различных видов Homo и его влияние на эволюцию анатомии и поведения^{[19][20][21][22][23]}.

[править]Антропогенез до появления людей современного типа

См. также: Обезьянолюди и Люди (род)

В настоящее время признается, что эволюция гоминин была не линейной, а, скорее, кустообразной. Часто одновременно существовало по три, четыре и может быть даже больше вида гоминин, в том числе на одной и той же территории.

Вся ранняя эволюция гоминин происходила в Африке. 6-7 млн лет назад в Африке жил сахелантроп. Около 6 млн лет назад там же жилоррорин, а примерно 4,2 млн лет появились австралопитеки. Отличительной особенностью всех этих существ было передвижение на двух ногах (бипедализм). На сегодняшний день стало ясно, что бипедализм был свойствен гомининам изначально, то есть практически сразу после разделения линий человека и шимпанзе. Эта адаптация не была напрямую связана с жизнью на безлесных пространствах. Существует целый ряд теорий, объясняющих происхождение бипедализма. Таким образом, в период примерно от 6 до 1 млн назад в Африке жила довольно большая и разнообразная группа обезьян, передвигавшихся на двух ногах. Однако по размеру мозга эти обезьяны не отличались от современного шимпанзе и нет оснований предполагать, что они превосходили его по своим интеллектуальным способностям.

Примерно 2,4 миллиона лет назад в одной из линий гоминин наметилась новая эволюционная тенденция — началось увеличение мозга. Первый представитель гоминин, у которого объём мозга превысил типичные для шимпанзе и австралопитеков 400—450 куб см. — это Homo habilis. Он первым стал изготавливать простейшие каменные орудия. По некоторым данным, наиболее примитивная олдувайская культураобработки камня возникла около 2,7 миллионов лет назад, а исчезла около 1 миллиона лет назад. Эти гоминины, по-видимому, начали питаться падалью крупных животных, а свои каменные орудия они, возможно, использовали для разделки туш или соскребания мяса с костей.

У Homo ergaster, которые появились около 1,9 млн лет назад, объём мозга, а также размеры тела ещё увеличились. Предполагается, что это связано с увеличением доли мясной пищи в рационе. Возможно, Homo ergaster научился охотиться на крупную и среднюю дичь, или он просто научился более эффективно конкурировать с другими падальщиками.

1,76 млн лет назад в Африке появилась более развитая ашёльская культура. Это первая человеческая культура, покинувшая пределы Африки. В Грузии были найдены кости возрастом около 1,75 млн лет. Грузинские учёные относят их к отдельному виду Homo georgicus, а западные учёные рассматривают их как останки раннего представителя Homo ergaster или Homo erectus.

Homo erectus заселили обширные территории Евразии. Это была первая волна расселения людей за пределами Африки. Около 1,1-1,2 млн лет их потомки появились и в Западной Европе (Испания). Они описаны как особый вид Homo antecessor. По-видимому, они близки к общему предку неандертальцев и современных людей. В то же время считается, что аббевильская культура в Европе возникла приблизительно 1,5 миллиона лет назад. Около 550—475 тыс. лет назад в Европе существовала клектонская культура.

Первые свидетельства использования огня людьми относятся к периоду примерно 1,5 миллиона лет. Приготовление пищи на огне привело к улучшению питания.

140 тыс. лет назад в Европе появились неандертальцы. С неандертальцами связывается мустьерская культура, возникшая, однако, 300 тыс. лет назад. В Африке ей соответствовала сангойская культура, возникшая 500 тыс. лет назад.

[править]Появление Homo sapiens

Древнейшие представители вида Homo sapiens появились в результате эволюции 400—250 тыс. лет назад. Господствующей в наши дни гипотезой происхождения людей является африканская, согласно которой наш вид появился в Африке и оттуда распространился по всему свету, замещая существовавшие популяции Homo erectus и неандертальцев. Альтернативная гипотеза называется мультирегиональной. Согласно последней, люди, начиная, по-видимому, от Homo erectus, эволюционировали как единый вид, в котором генные потоки могли свободно циркулировать. Имеющиеся в настоящее время данные палеоантропологии не позволяют сделать окончательный выбор между этими гипотезами^[24], хотя данные генетики поддерживают африканскую теорию.

Древнейшие люди современного типа в культурном отношении ничем не превосходили современных им ранних неандертальцев из Европы. У тех и других были примерно одинаковые среднепалеолитические каменные орудия.

Сравнение полиморфизмов митохондриальной ДНК и датирование окаменелостей позволяют заключить, что Homo sapiens происходит из Африки, где около 200 тыс. лет назад жил последний общий предок (англ.)русск. ныне живущих людей по женской линии («митохондриальная Ева»)^[25].

В 2009 году группа учёных под руководством Сары Тишкофф из Университета Пенсильвании опубликовала в журнале Science результаты комплексного исследования генетического разнообразия народов Африки. Они установили, что самой древней ветвью, испытавшей наименьшее количество смешиваний, как раньше и предполагалось, является генетический кластер, к которому принадлежат бушмены и другие народы, говорящие на койсанских языках. Скорее всего, они и являются той ветвью, которая ближе всего к общим предкам всего современного человечества^[26].

Можно предположить, что 60 000 — 40 000 лет назад люди мигрировали в Азию, и оттуда в Европу (40 000 лет назад), Австралию и Америку(35 000 — 15 000 лет назад)^[25] (см. Ранние миграции человека).

[править]Эволюция человека в будущем

Гипотетический облик «человека будущего». СконструированБыстровым А. П., исходя из предположения о незавершенности морфологической эволюции человека^[27]

В условиях современного общества влияние на эволюцию человека таких факторов, как естественный отбор, волны численности и изоляция, значительно снизилось. Неизменным осталось лишь влияниемутационного процесса. Таким образом в обозримом будущем ожидать существенного изменения биологического облика человека не приходится^[28]. Впрочем, исходя из предположения о незавершенной морфологической эволюции человека советский антрополог Быстров А. П. предположил в 1957 году гипотетический облик «человека будущего» (см. рисунок).

43. Систематическое положение человека

Систематическое положение человека

1.    Какие систематические таксоны вам известны? 2.    Что они отражают?

Таксонами называют систематические группы организмов, связанных той или иной степенью родства, поэтому анализ систематического положения вида Человек разумный поможет нам получить первые представления о его происхождении.

Человек относится к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид, роду Человек {Homo), виду Человек разумный (Homo sapiens).

Как у всех хордовых, у человека на ранних стадиях эмбрионального развития закладывается хорда, над ней формируется нервная трубка, а под ней — кишечник.

Как у всех позвоночных, у человека формируется внутренний скелет, основой которого является позвоночник. Кровеносная система замкнутая. Нервная система дифференцируется на спинной и головной мозг, на периферии находятся нервы, нервные узлы.

Как представитель класса млекопитающих, человек имеет грудобрюшную преграду — диафрагму, участвующую в дыхании. Она разделяет полость тела на грудную и брюшную (рис. 3, 4)

.

Легкие млекопитающих состоят из многократно ветвящихся трубочек, заканчивающихся легочными пузырьками — альвеолами, где происходит газообмен. Тело имеет постоянную температуру. Сердце четырехкамерное. Женские особи млекопитающих вынашивают плод и матке и после рождения выкармливают его молоком, вырабатывающимся молочными железами.

Как у всех представителей приматов, у человека пятипалая конечность, на пальцах плоские ногти, а не когти, большой палец противопоставлен всем остальным.

Семейство гоминид, кроме человека, включает человекообразных обезьян: гиббона, орангутанга, гориллу, шимпанзе. У них имеется большое сходство с человеком в генном аппарате (например, 90% генов шимпанзе идентично генам человека). Обезьяны и люди болеют многими одинаковыми болезнями.

К роду Человек, помимо ныне существующего вида, относятся и вымершие формы. Современный человекотличается от других гоминид развитым мозгом, речью, прямохождением. У обезьян хватательную функцию в равной степени сохранили и ноги, и руки. Хватательная функция человеческой руки чрезвычайно усовершенствована, а ноги ее утратили и теперь выполняют только опорную функцию. Пальцы ног стали короче, зато появились своды стопы. С прямохождением связано и возникновение изгибов позвоночника. Благодаря этим изменениям происходит ослабление сотрясений, возникающих при движениях.

Человек разумный — результат не только биологической, но и социальной эволюции. Чем дальше движется человечество по пути исторического развития, тем большее значение приобретает усвоение опыта предыдущих поколений, накопленного в продуктах труда и в достижениях науки и техники.

Рудименты и атавизмы как доказательство животного происхождения человека (рис. 5). Важным доказательством происхождения человека от животных является наличие в его теле рудиментов — особых органов, которые функционировали когда-то у предков. Потом эти органы утратили первоначальное значение и в жизнедеятельности человека участия не принимают или почти не принимают. К рудиментарным органам в человеческом теле относятся: отросток слепой кишки — аппендикс, копчиковые позвонки (остатки скелета хвоста); ушные мышцы, позволяющие некоторым людям шевелить ушами; остатки волосяного покрова по всему телу; третье веко.

Другим важным доказательством родства человека и животных являются атавизмы — появление у отдельных людей признаков, которые были свойственны нашим далеким предкам, но утрачены в ходе эволюции. Это такие признаки, как сильное оволосение всего тела и др.

44. Генетическое разнообразие и концепция рас человека

Генетическое разнообразие

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 июля 2012; проверки требует 1 правка.

Генетическое разнообразие или генетический полиморфизм — разнообразие популяций по признакам или маркерам генетической природы. Один из видов биоразнообразия. Генетическое разнообразие представляет собой важный компонент генетической характеристики популяции, группы популяций или вида. Генетическое разнообразие, в зависимости от выбора рассматриваемых генетических маркеров, характеризуется несколькими измеряемыми параметрами:

1. Средняя гетерозиготность.

2. Число аллелей на локус.

3. Генетическое расстояние (для оценки межпопуляционного генетического разнообразия).

Средняя гетерозиготность

Этот параметр генетического разнообразия описывает, какую долю в популяции составляют особи, гетерозиготные по изучаемым маркерам, с усреднением этого параметра по набору использованных маркеров.

[править]Число аллелей на локус

Этот параметр, как правило, используется для оценки генетического разнообразия по маркерам, имеющим более двух описанных аллельных состояний, например, для микросателлитных локусов.

[править]Генетическое расстояние

Параметр описывает степень различия и разнообразия между популяциями по наличию/отсутствию или частотам аллелей используемых маркеров.

[править]Биологическое значение

Генетическая изменчивость в популяции предоставляет исходный материал для действия естественного отбора и генетического дрейфа, то есть, является необходимым элементом для микроэволюционных процессов. В частности, известны работы о неэффективности отбора в чистых линиях (при отсутствии генетического разнообразия). С другой стороны, генетическая изменчивость сама по себе является продуктом действия факторов микроэволюции. Генетическое разнообразие имеет большое значение для экологической пластичности популяций. Наличие нескольких аллелей по аллозимным локусам в популяции позволяет этой самой популяции адаптироваться к варьирующим условиям, в которых наличие у особей тех или иных аллелей даёт преимущество. Например, два широко распространённых у Drosophila melanogaster варианта гена алкогольдегидрогеназы оказывают в гомозиготном состоянии альтернативно полезное или вредное воздействие, в зависимости от температурных условий среды.

Расы людей

[править]Этимология

Слово «раса» в русском языке известно с середины XIX века, являясь заимствованием из фр. race или нем. Rasse, которые в свою очередь восходят к исп. raza или итал. razza. Дальнейшая этимология не вполне ясна: существуют версии о происхождении слова от лат. generatio(«рождение, способность к размножению»), лат. ratio («род», «порода», «разновидность») или араб. ra’s‎‎ («голова», «происхождение», «начало»)^[2][3].

[править]Расоведение

Череп, обнаруженный в 1795 году вГрузии, использованный Блуменбахом для обоснования гипотезы о происхождении европейцев с Кавказа

Расове́дение — раздел антропологии, изучающий человеческие расы^[4].

Расоведение изучает классификацию рас, историю их формирования и такие факторы их возникновения, как селективные процессы, изоляция, смешение и миграции, влияние климатическихусловий и вообще географической среды на расовые признаки.

Расоведение получило особенное распространение в национал-социалистической Германии и др. западноевропейских странах, а также ранее в США (Ку-клукс-клан), где служило обоснованием институционализированного расизма, шовинизма и антисемитизма. Велик вклад в расоведение советских учёных (таких, как В. В. Бунак, В. П. Алексеев и др.).

Иногда расоведение отождествляют с этнической антропологией. Однако последняя относится, строго говоря, только к изучению расового состава отдельных этносов, то есть племён, народов, наций, и происхождению этих общностей.

В той части расовых исследований, которые направлены на изучение этногенеза, антропология ведёт исследования совместно с языкознанием, историей, археологией. При изучении движущих сил расообразования антропология вступает в тесный контакт с генетикой, физиологией, зоогеографией,климатологией, общей теорией видообразования. Изучение рас в антропологии имеет значение для решения многих проблем. Оно важно для решения вопроса о прародине человека современного вида, использования антропологического материала как исторического источника, освещения проблем систематики, главным образом малых систематических единиц, познания закономерностей популяционной генетики, уточнения некоторых вопросов медицинской географии.

[править]Отрицание существования рас

В середине XX века возникла концепция нереальности рас как внутривидовых подразделений человечества. Одним из первых её сформулировал бельгийский учёный Ж. Йерно, объявивший расу не фактом, а понятием^[5].

В последние десятилетия в американской и западноевропейской антропологии проявилась решительная тенденция к отрицанию реальности существования человеческих рас. По мнению отечественного антрополога Л. Т. Яблонского, «расоведческие исследования в США стали делом не совсем приличным и даже опасным»^[6][7].

[править]Деление на расы

Основная статья: Расовые классификации

Ранняя миграция человечества по исследованияммитохондриальных ДНК (в тысячах лет до настоящего времени)

Существует множество мнений о том, сколько рас может быть выделено внутри видаHomo sapiens. Существующие точки зрения варьируют от гипотезы двух основных расовых стволов до гипотезы 15 самостоятельных рас. Между этими крайними точками зрения лежит широкий спектр гипотез, постулирующий от 3 до 5 расовых стволов^[8].

При всей внешней несхожести, расы одного ствола связаны большей общностью генов и ареалов, нежели соседние расы. Согласно Большому Советскому Энциклопедическому Словарю, существует около 30 человеческих рас (расово-антропологических типов), объединенных в три группы рас, которые именуются «большими расами». Стоит отметить, что сами расы (малые расы) делятся на субрасы, и нет единого мнения относительно принадлежности тех или иных субрас к тем или иным расам (малым расам). Кроме того, разные антропологические школы используют разные названия для одних и тех же рас.

[править]Типологическая концепция расы

Типологическая концепция расы исторически появляется первой. Согласно типологическому подходу, описав черты конкретного человека, можно четко отнести его к той или иной расе: выделяются расовые типы, и каждый индивид оценивается по степени приближения к тому или иному «чистому» типу. Например, ширина губ и носа больше определенной величины в сочетании с низким головным указателем, большим выступанием лица вперед, курчавоволосостью и кожей темнее некого типового стандарта расценивается как свидетельство принадлежности к негроидной расе. По такой схеме можно даже определять расовую принадлежность конкретного человека в процентах. Сложность типологической концепции заключается в выделении «чистых» типов, отчетливо отличающихся один от другого. В зависимости от количества таких типов и признаков, определенных как расовые, будет меняться и расовое определение человека. Более того, последовательное строгое применение типологического принципа приводит к тому, что родные братья могут быть отнесены к разным расам^[9].

Как отмечал видный отечественный антрополог В. П. Алексеев, типологическая концепция расы «всё больше приобретает характер анахронизма и отходит в историю антропологической науки»^[10].

[править]Популяционная концепция расы

В современном отечественном расоведении господствует популяционная концепция расы. Согласно ей, раса — это совокупность популяций, а не индивидуумов. Раса рассматривается как самостоятельное образование, имеющее свою собственную структуру. Признаки в пределах расы складываются в иные сочетания по сравнению с индивидуумом.

В США отход от типологической концепции расы к популяционно-генетической датируется 1950 г. В СССР основы популяционной концепции расы были сформулированы ещё в 1938 г. В. В. Бунаком. В дальнейшем концепция была развита В. П. Алексеевым^[11].

[править]Западный ствол

[править]Европеоиды

Основная статья: Европеоидная раса

Природный ареал европеоидов — от Европы до Урала, Северная Африка, Юго-западная Азия и Индостан. Включают арменоидную,нордическую, средиземноморскую, фальскую, альпийскую, восточно-балтийскую, кавкасионскую, динарскую и другие подгруппы. Отличается от других рас в первую очередь сильной профилировкой лица. Остальные признаки широко варьируются.

[править]Негроиды

Основная статья: Негроидная раса

Представитель негроидной расы —коренной кениец.

Природный ареал — Центральная, Западная и Восточная Африка. Характерные отличия — курчавые волосы,темная кожа, расширенные ноздри, толстые губы и др. Выделяется восточная подгруппа (нилотский тип, высокорослый, узкосложенный) и западная подгруппа (негрский тип, круглоголовый, среднего роста). Особняком стоит группа пигмеев (негрилльский тип).

[править]Пигмеи

Основная статья: Пигмеи

Пигмеи в сравнении с европеоидом среднего роста

Природный ареал пигмеев — западная часть Центральной Африки. Рост от 144 до 150 см для взрослых мужчин,кожа светло-коричневая, волосы курчавые, тёмные, губы сравнительно тонкие, крупное туловище, руки и ноги короткие, этот физический тип можно классифицировать как особую расу. Возможная численность пигмеев может составлять от 40 до 200 тысяч человек.

[править]Капоиды, бушмены

Бушмены

Капоиды (бушмены, койсанская раса). Природный ареал — Южная Африка. Низкорослые, с инфантильными чертами лица. Имеют самые короткие и закрученные волосы. Кожа желто-бурая, не упругая — быстро появляются морщины, отвисает складка над лобком («готтентотский передник»). Характерна стеатопигия(преимущественное отложение жира на ягодицах), сильный лордоз. Особая складка века, выступающие скулы и желтоватая кожа придают бушменам некоторое сходство с монголоидами. Это параллельно возникшие приспособления к жизни в сходных условиях полупустынь.

[править]Восточный ствол

Кластеры Розенберга

Расы восточного ствола характеризуются двумя отличиями: большей эволюционной архаичностью (в частности, медленнее протекает общечеловеческий процесс упрощения зубов) и повышенной мигрантностью. Это вызвано географическими особенностями восточного очага. Обилие географических барьеров — морей, гор, огромных рек, а также шельфов, которые в период оледенения то обнажались, то затапливались, давало преимущества более мигрантным группам. А в условиях рассредоточенности населения фактор инфантилизации, выковавший современного человека, действовал слабее^{[источник не указан 730 дней]}.

[править]Монголоиды

Основная статья: Монголоидная раса

Изначально населяли Восточную Евразию, сформировались на территории современной Монголии. Внешность отражает приспособление к условиям пустынь (пустыня Гоби — одна из самых больших по площади пустынь мира; находится в Монголии и северном Китае, территорию которых в основном населяют монголоиды). Главная черта — защита глаз от повышенной инсоляции, пыли, холода и т. д. Для этого служит узкий разрез век, дополнительная складка — эпикантус, тёмная радужка, густые ресницы, выступающие скулы с подушками жира, длинные (если не стричь) прямые и черные волосы. Выделяют две контрастирующие группы: северную (массивные, высокие, светлокожие, с крупным лицом и низким сводом черепа) и южную (грацильные, невысокие, смуглые, небольшое лицо и высокий лоб). Этот контраст вызван действием фактора инфантилизации в перенаселенных южных регионах. Молодая раса — около 12 тысяч лет.

[править]Американоидная раса

Основная статья: Американоидная раса

Американоидная раса — раса, распространена в Северной и Южной Америке. Американоиды характеризуются прямыми чёрными волосами и «орлиным» носом. Глаза чёрные, шире, чем у азиатских монголоидов, но уже, чем у европеоидов. Эпикантус сравнительно редок у взрослых, хотя довольно част у детей. Рост американоидов часто очень высокий.

[править]Австралоиды

Австралиец

Австралоиды (австрало-океанийская раса). Древняя раса, имевшая огромный ареал, ограниченный регионами: Индостан,Тасмания, Гавайи, Курилы (то есть почти половина земного шара). Повсеместно вытеснялась и смешивалась с мигрантами. Включает группы: полинезийскую, меланезийскую, австралийскую, веддоидную, айнскую. Чрезвычайно разнообразная раса. Черты внешности коренных австралийцев — более светлая кожа коричневых оттенков, крупный нос, длинные волнистые волосы, выгорающие как пакля, массивное надбровье, мощные челюсти резко отличают их от африканских негроидов. Велико между ними и генетическое расстояние. Однако среди меланезийцев (папуасов) часто встречаются спиральные волосы, что, наряду с генетической близостью, свидетельствует о небольшом притоке мигрантов из Африки. Веддоиды — более грацильные австралоиды, изначально населяющие Индостан. По мере заселения Индостана европеоидными мигрантами они притеснялись как представители «низших каст». В Индонезии и Индокитае веддоиды смешались с южными монголоидами.

[править]Древние и реликтовые расы

Современная популяционная генетика допускает, что ныне существующие расы не исчерпывают всего исторического морфологического разнообразия людей современного типа, и что в древности существовали расы, которые либо исчезли бесследно, либо признаки которых были позднее размыты в результате ассимиляции носителями других рас,^[12][13]. В частности, уралист В. В. Напольскихвыдвинул гипотезу о существовании в прошлом палеоуральской расы, признаки которой в настоящее время размыты между урало-сибирскими европеоидами и западными монголоидами, однако не являются свойственными ни для европеоидов в целом, ни для монголоидов в целом^[14]. Биолог С. В. Дробышевский указывает, что морфологическое разнообразие людей в палеолите было, возможно, даже более выраженным, чем в настоящее время, и что черепа людей того времени не подпадают под классификационные признаки современных рас. В частности, только лишь в Европе он выделяет как минимум следующие исчезнувшие доисторические расы^[15]:

• гримальдийская

• кроманьонская

• Барма-Гранде

• шанселядская

• оберкассельская

• брюннская

• брюнн-пржедмостская

• ориньякская

• солютрейская

• натуфийская (Ближний Восток).

Названия указанных рас даны автором по названиям соответствующих археологических культур или — реже — отдельных археологических памятников.

[править]Общие замечания

[править]Метисы и мулаты

В результате смешанных браков появляются смешанные расы. Мулаты — результат совмещения негроидной и европеоидной расы,метисы — монголоидной и европеоидной, а самбо — негроидной и монголоидной. Более того, существуют целые народности, в настоящее время меняющие свою расовую принадлежность^{[источник не указан 730 дней]}. Например, жители Эфиопии и Сомали переходят от негроидной к европеоидной, а жители Мадагаскара — от монголоидной к негроидной. Следует учитывать, что в постколумбовую эпоху огромные массы населения покинули свои природные ареалы. Поэтому в Саскачеване может проживать бушмен, а в Нукуалофе — голландец. Но это уже — результат действия не антропологических, а исторических факторов. Кроме того, немалую долю современного человечества составляют метисы, результат межрасового смешения. Ещё в доколумбову эпоху на границе рас сформировались метисные переходные типы —эфиопский, айнский, южносибирский и другие. Активные расселения и завоевания европейцев усилили процесс смешения и миграций. Больше всего метисного населения в Южной и Северной Америке. В частности, практически все афроамериканцы являются не чистыми негроидами, а мулатами^{[источник не указан 701 день]}. Чтобы подавить ксенофобию, в таких обществах общественные организации пропагандируют негативное отношение к расовой сегрегации.

[править]Белый человек

Основная статья: Белые люди

Древнее человечество, представленное ранними тропическими популяциями Homo (Homo habilis, Homo rudolfensis, Homo ergaster и др.), было, вероятно, тёмнопигментированным. Тёмную кожу, волосы и глаза имели также мигранты из Африки, давшие начало основной части современного человечества вида Homo sapiens^{[источник не указан 1314 дней]}. Потеря пигмента происходила лишь на окраинах ареала. Сочетание светлой кожи, волос и радужки глаз в доколумбову эпоху составляло лишь небольшую долю населения Земли, сосредоточенного в беломоро-балтийском «поясе блондинов». Однако заселение гигантских территорий Северной Америки и севера Евразии привели к росту ареала и популяции людей европеоидного типа. В настоящее время эта популяция сокращается за счёт более низкой рождаемости в белых семьях и смешения с чернокожим населением, несущим доминантные гены.^{[источник не указан 1245 дней]}

[править]Расовые различия

Каждая раса по-своему лучше приспособлена для выживания в конкретных условиях: эскимосы в арктических пустынях, а нилоты — в саваннах. Однако в эпоху цивилизации такие возможности появляются у представителей всех рас. Тем не менее, факты, относящиеся к расовой физиологии^[16], по-прежнему оказывают своё влияние на жизнь людей.