19. Охарактеризуйте найголовніші гіпотези щодо походження життя на Землі.

Проблема походження життя на Землі донині залишається мевирішеною. Відсутність серед науковців єдиного погляду на можливі шляхи її розв’язання призвела до формування низки різних за змістом гіпотез, які можна об’єднати в кілька основ­них груп.

Гіпотеза креаціонізму (лат. сгеаіїо — створення). Згідно з цією гіпотезою, життя створене Творцем, воно не зазнає еволю­ції. Такого погляду на походження життя дотримуються при­хильники релігії як акту творіння всемогутньої надприродної і-или, діяльність якої недоступна для наукового пізнання. При­чому сам процес творіння неживої природи і всіх форм життя Творець здійснив у кілька етапів, починаючи від створення неба і землі, дня і ночі, атмосфери і води, рослин і тварин і закінчую­чи людиною. Людину Бог створив із землі за своєю подобою.

Згідно з Книгою Буття Мойсея, цей процес здійснено у надто стислі строки, всього за 6 діб тривалістю по 24 години кожна.

111.оправда, сучасні теологи надають добам триваліші проміжки чпоу, що вимірюються мільйонами років.

Прихильники креаціонізму не визнають палеонтологічних, морфологічних, ембріологічних, генетичних, молекулярно-біоло- і Ічних, екологічних та інших доказів еволюції органічних форм, мпажають їх недостовірними і ненауковими, а природне похо- і і .ення людини з її високоорганізованими системами органів, нокрема мозку з його функціями, надуманими, необґрунтованими.

Наукові дані щодо еволюції життя на Землі спростовують

49. ' родньовічні креаціоністські погляди на природу та ідею про її і і морення надприродною силою (Творцем). Наука спирається не нп иигадки, які неможливо підтвердити, та вірування, а на кон- і і н’тні, достовірні факти, перевірені практикою.

Гіпотеза стаціонарного стану. Прихильники цієї гіпотези

50. і ш'рджують, що Земля та її живе населення існували споконвіч­но, змінювалась лише його чисельність у різні геологічні перш­ої н знаходження викопних решток не свідчить про час появи

або вимирання організмів. Наприклад, згідно з палеонтологіч­ними даними, кистепері риби вимерли приблизно 70 млн років тому, але у XX ст. їх представника — латимерію — знайдено неподалік острова Мадагаскар.

Прихильники цієї гіпотези будь-яке несподіване знаходжен­ня викопного організму розглядають не як наслідок еволюції, а як результат збільшення чисельності його популяцій або перемі­щення до місць, які сприяли збереженню його залишків. Біль­шість доказів на користь цієї гіпотези ґрунтуються на розривах у палеонтологічному літописі.

Погляду щодо вічності життя дотримувався видатний вче- ний-геохімік В. Вернадський. Він зазначав: «Для нашої планети емпірично установлено існування життя у найстародавніших доступних відкладах, відомих нам на нашій планеті. З іншого боку, ніде не знайшли ми в біосфері гірських порід, які б вказу­вали на їх утворення протягом часу за відсутності живої речови­ни. Життя на планеті Земля геологічно вічне». Щоправда, він розглядав життя з позицій його еволюційного розвитку та важливих функцій живої матерії у формуванні біосфери.

Біохімічна гіпотеза (життя виникло на Землі в результаті складних процесів біохімічних перетворень матерії). Відповід­но до цієї гіпотези походження і розвиток життя на Землі поді­ляють на два етапи: хімічної, або передбіологічної, еволюції (абіогенезу) і біологічної еволюції (біогенезу).

Зміст концепції абіогенезу полягає в тому, що життя на Землі виникло природним шляхом із неорганічних сполук. Цей процес перетворень матерії відбувався протягом мільярдів років і супроводжувався складними хімічними реакціями та перетво­реннями хімічних сполук від простих до складніших з викори­станням сонячної енергії, що надходила на поверхню Землі, виробітком здатності первинних сполук до обміну речовин, саморегуляції і самовідновлення та можливості здійснення передбіологічного добору.

Передбіологічну еволюцію виникнення і розвитку життя поділяють на кілька етапів:

51. Синтез органічних мономерів. У міру застигання Землі в первісній атмосфері були Гідроген, Карбон, Оксиген і Нітроген, які, з’єднуючись між собою, утворювали первинні сполуки — воду, аміак, метан, окисли карбону.

Поступово в міру охолодження Землі пара конденсувалась у воду, утворюючи первинні водойми. Під впливом ультрафіоле­тових променів за рахунок кисню, що містився у воді, почали утворюватись окислені сполуки типу спиртів, кислот і альдегі­

дів. У ході подібних реакцій виникли амінокислоти і азотні основи, які є мономерами найважливіших молекул, що станов­лять основу життя, — білків і нуклеїнових кислот. Цьому сприяли досить висока температура води первісного океану, иіачна концентрація згаданих сполук, гарячі вулканічні вики­ди та ультрафіолетове випромінювання.

Можливість синтезу складних біогенних сполук — аміноки­слот (гліцину, аланіну, аспаргінової кислоти), азотних основ, интарної і молочної кислот та інших низькомолекулярних орга­нічних сполук доведена експериментально шляхом дії на суміш двоокису вуглецю, метану, аміаку та водяної пари електрични­ми розрядами.

Припускають, що розчинені у воді природні суміші органіч­них сполук утворювали, т. зв. первинний бульйон.

52. Синтез органічних полімерів. Він здійснювався на основі наявних у водному середовищі мономерів. У результаті цих про­цесів у «первинному бульйоні» утворювалися згустки білкових піолук — поліпептидів, найпростіших ліпідів, які, з’єднуючись між собою, і утворювали складні багатомолекулярні комплекси — коацервати (лат. соасегуаідіз — зібраний до купи) (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Коацервативні краплини в мікроскопі (за С. Межеріним, 2011)

Коацервати існували у вигляді краплин, здатних адсорбува- гм з навколишнього середовища різні речовини і за рахунок нього збільшуватись у розмірі або, навпаки, подрібнюватись на дочірні краплини. Окремі з них розпадались майже відразу, інші були стійкішими. Тобто вже на початкових стадіях вини- ипення життя існував добіологічний природний добір, спрямо- иаиий на збереження та вдосконалення білкових молекул, нуклеїнових кислот та виникнення матричного синтезу.

Автором коацерватної гіпотези виникнення життя є російсь- і и іі біохімік Олександр Опарін (1894—1980), який у 1924 р.

лабораторних умовах експериментально довів можливість одержання коацерватних краплин як доказ можливості синтезу полімерних сполук із мономерних.

53. Утворення білків, нуклеїнових кислот і ліпідних мембран. Процес формування у водному середовищі згустків білкових молекул — коацерватів, здатних до обміну речовин і самовіднов- лення, не дає відповіді на питання про можливість передавання інформації нащадкам. Для забезпечення цього процесу необхід­ний спадковий апарат протобіонтів. Допускають, що він форму­вався на основі молекул РНК, які забезпечували матричні проце­си, а ДНК виникла значно пізніше. Ймовірно, що на певному етапі коацервати вступили в симбіоз із колоніями молекул, здат­них до самовідтворення. Це й призвело до формування перших автономних біологічних систем — протобіонтів (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Будова типового протобіонта: 1 — мікрочастинки; 2 — РНК;

З — зовнішня мембрана; 4 — впинання мембрани (за С. Межеріним, 2011)

Для функціонування відносно відокремленої цілісної системи необхідне також виникнення мембран, які відмежовують макро- молекулярну систему, що утворилася від зовнішнього середови­ща, забезпечують розмежування процесів всередині систем, збільшуючи поверхню каталітичних реакцій. Тому виникнення у коацерватів прототипу первинної мембрани у вигляді шарів і ліпі­дів на межі рідкого і газоподібного середовищ сприяло забезпе­ченню їх стійкості і подальшого функціонування.

Припускають, що в системі коацерватів не виключений і добір самих нуклеїнових кислот за найвдалішими поєднаннями послі­довності нуклеїнових кислот, тобто добір за генами. Систему із вдало функціонуючою послідовністю нуклеотидів нуклеїнових кислот можна вважати перспективною щодо подальшої еволюції.

Поява перших, найпримітивніших біологічних систем та організмів. У лабораторних умовах вдалося не тільки синтезува­ти із неорганічних речовин амінокислоти і найпростіші поліпеп-

і идні ланцюги, а й створити протоклітини сферичної форми (рис. 2.13), здатні збільшуватись у розмірах, ділитися, бруньку- натися, а також до ферментативної активності. Появою протобіонтів фактично завершено процеси хімічної (■полюції (анабіозу). За період існування у протобіонтів виникли справжні ферменти, необхідні для забезпечення життєвих про­цесів, зросла стійкість матричного синтезу, зміцніли клітинні мембрани. Припускають, що саме вони започаткували понад М,5 млрд років тому перші живі організми — археобіонти, які мали основні, необхідні для життя клітинні компоненти: клі­тинну мембрану, цитоплазму і генетичний апарат.

Щоправда, незважаючи на допустиму правдоподібність біо­хімічної гіпотези щодо початкових етапів походження і розвит­ку життя на Землі, вона зазнає критики, особливо останнім часом. В лабораторних умовах у такий спосіб живі організми й досі ніким не синтезовано, хоча сам зміст передбіологічної ево- іюції життя та наявні фактичні дані становлять значний науко- ний інтерес і будуть корисними в подальшому розв’язанні цієї проблеми.

Гіпотеза панспермії (грец. pan — усе і sperma — сім’я). Це давнє вчення про поширення у Всесвіті зародків життя, звідки нони потрапили на Землю.

Вперше цю ідею висловив давньогрецький філософ Анак-

54. і і гор (500—428 до н. е.), згодом її прихильниками були

2. Лібіх, Г. Гельмгольц, С. Арреніус, Г. Ріхтер та ін. На їх думку хімічна еволюція, яка передувала біологічній, розпочала-

55. я ще в космічних умовах до утворення Землі. Ф. Хоіл і С. Вікро- мпсинг у 1981 р. в результаті аналізу вмісту космічних тіл, що падають на Землю (комет, астероїдів), підрахували, що в атмо­сферу Землі щороку надходить 10¹⁸ «космічних спор» — залиш­мо твердого матеріалу, розсіяного у Сонячній системі. Отже, на і ч погляд, залишки згаданих небесних тіл є переносниками

56. зародків життя, яке раніше сформувалося у міжзоряному про­сторі, а потім потрапило на Землю. Такий погляд не підтвердже­ний експериментальними даними. Хоча немає сумнівів у тому, що життя на Землі пов’язано з космічним середовищем як за хімічним складом, так і енергетично. Найголовніші хімічні еле­менти живої речовини (Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген), широко поширені в природі, є складниками космічних тіл. Так, Карбон може утворювати довгі ланцюги, результатом яких є полімери, сірка і фосфор, які теж зустрічаються в космічних тілах, здатні утворювати кратні зв’язки, сірка є складником біл­ків, а фосфор — нуклеїнових кислот.

57. У метеоритах та астероїдах, вік яких становить 4,6— 4,5 млрд років (що здебільшого збігається з віком Землі і Місяця), знайдено вуглеводні, сполуки Карбону, пурини, піра- мідини, амінокислоти, тобто хімічні сполуки, які є основою живого. У вуглистих хондритах, що належать до складу метео­ритів, виявлено значну кількість вуглеводнів (насичених, аро­матичних, олефінових) та інших хімічних сполук (азотних основ, карбонових кислот), які є складниками життя. Кометні молекули за своїм хімічним складом близькі до тих, які необхід­ні для передбіологічної еволюції.

58. Цікавими є також одержані вченими США (Інститут Карен- ті) дані про те, що у формуванні астероїдів і комет основну роль відіграв формальдегід, необхідний для виникнення життя. Результати їх експериментальних досліджень дали змогу дійти висновку, що раніше Земля перебувала у розплавленому стані і необхідні для життя хімічні елементи (Гідроген, Оксиген, Кар­бон), потрапляючи на її поверхню, відразу зникали в космосі. Припускають, що органічна сполука на основі формальдегіду могла подолати високі температури на Землі і залишитися « недоторканою ».

59. Отже, утворення органічних сполук у Сонячній системі на ранніх фазах її розвитку було типовим і масовим явищем. Деякі вчені припускають, що хімічна еволюція речовин у космічному середовищі неначе застигла в більшості тіл космічної системи і тільки на Землі хімічні сполуки знайшли сприятливі умови для розвитку життя від примітивних форм до людини.

60. Щоправда, ретельні дослідження космічних тіл, що падають на Землю, не підтвердили гіпотези панспермії. Виявлені на метеоритах і астероїдах бактерії і спори є звичайними видами, що населяють Землю. Як і коли живі організми виникли в кос­мічному середовищі, проникли на Землю і набули подальшої еволюції — не з’ясовано.

20. Визначте основні етапи та напрями розвитку тваринного світу.

Нині відомо понад 2 млн 500 тис. видів тварин, серед яких приблизно 2 млн видів членистоногих, 110 тис. — молюсків, ■12 тис. — хордових. Припускають, що загальна кількість існую­чих видів може бути подвоєна. За всю історії тваринного світу виникло 35 типів, серед яких 9 вимерли, а 26 існують сьогодні. Загалом еволюція тваринного світу вивчена досить повно завдя­ки наявності багатого палеонтологічного матеріалу, в якому ске­летні, вапнякові та хітинові залишки збереглися досить добре.

Перші викопні одноклітинні найпростіші простежуються в морських відкладах протерозою (понад 1 млрд років тому). Най­ближчими до предків найпростіших є одноклітинні зелені водо­рості. Наприклад, евглену та вольвоксів, що мають ознаки рослин і тварин, ботаніки зараховують до типу зелених водоро­стей, а зоологи — до типу найпростіших тварин.

Перші багатоклітинні тварини представлені відразу кілько­ма типами: губками, кишковопорожнинними, плечоногими і членистоногими.

У морях кембрійського періоду існували майже всі основні типи тварин, крім хордових. У цей період процвітали хеліцеро- ві (схожі на сучасних мечехвостів), губки, корали, голкошкірі, трилобіти (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Фауна кембрію, ордовика і силуру: а — скелет археоциат; б — найдавніше членистоноге — трилобіт; в — скелет корала; г — черепашка головоногого молюска; г— ракоскорпіон; д—є — стародавні хребетні — безщелепні (за Д. Беляєвим та ін., 1967)

Після кембрію еволюція тварин відбувалась здебільшого в напрямі спеціалізації та вдосконалення організації основних типів. Винятком є хордові, залишки яких знайдено в ордовику у вигляді щиткових — істот, схожих на сучасних круглоротих (міног і міксин), але вкритих на спині сильно розвинутими кістко­вими пластинками. Можливо, вони захищали перших дрібних (до