Современная концепция катастроф

⇐ ПредыдущаяСтр 32 из 33Следующая ⇒

Теории эволюции жизни на Земле базируются на данных палеонтологии – науки занимающейся изучением сохранившихся останков живых существ. В палеонтологии используется геохронологическая шкала времени, принятая в 1881г. в Болонье на Международном геологическом конгрессе. Геохронологическая шкала отражает даты истории Земли, принятые в геологии. Наиболее древняя часть истории нашей планеты называется криптозоем. Она охватывает интервал от 570 до 3800 млн. лет назад. В этот период, как полагают, органическая жизнь находилась в скрытом состоянии. Более молодая часть истории Земли, протяженностью в 570 млн. лет называется фанерозоем.

Фанерозой разделен на 3 эры: палеозой (эра “древней жизни”), мезозой (эра “промежуточной жизни”) и кайнозой (эра “новой жизни”). Эры делятся на периоды. Периоды получили свое название либо по месту, где были впервые описаны ископаемые породы данного возраста, либо по типичным организмам, относящимся к этому периоду. Геохронологическая шкала истории Земли начиная с палеозоя проведена на рис.45.

Рис.45.Геохронологическая шкала истории Земли

Первые живые организмы появились на Земле примерно 3, 5 млрд. лет назад. Это были простейшие существа – микроорганизмы. В кембрийский период стали появляться организмы более высокой сложности. Жизнь развивалась в основном в морях и была представлена примитивными ракообразными, моллюсками, кораллами. Морские позвоночные животные - щитковые рыбы, морские звезды и др. появились 450 млн. лет назад. Если сопоставлять по времени 3, 5 млрд. лет биоэволюции и 570 млн. лет с начала кембрийского периода, то можно считать, что появление животных произошло весьма быстро. Жизнь, бурно развивавшаяся в морях в ордовикский период, 440 млн. лет назад стала угасать, как полагают из–за наступившего оледенения. В силуре и девоне жизнь впервые вышла на сушу. К революционным изменениям в облике планеты привело обогащение растительного покрова Земли деревьями и кустарниками, дающими семена. Это произошло примерно 360-385 миллионов лет назад. Растительный мир с тех пор стал быстро расселяться по планете. Растения стали независимы от рек и болот. Семена, снабженные питательными веществами, защищенные плотной оболочкой от превратностей климата, позволяли сохранять “жизнь” растительному миру, перенося ее по суше все дальше и дальше. Считается, что сотни тысяч лет было достаточно для того, чтобы леса покрыли оголенные до того скалы континентов. Каменистая поверхность преображалась под воздействием корневой системы растений. Каменные слои дробились, разрушались под влиянием эрозии, выветривались. По одной из существующих гипотез такой процесс привел к катастрофе в море. Отходы жизнедеятельности огромного лесного массива уносились реками в моря и океаны. Образовывались огромные плантации водорослей, которые, отмирая, падали на дно. Процесс разложения водорослей поглощал кислород, находящийся в воде. Растительный и животный мир моря стал задыхаться от нехватки кислорода. Океанское дно опустело. Доказательством этого являются черные слои остатков водорослей в осадочных породах, возникших в девонский период. Они имеют черный цвет, свидетельствующий о нехватке кислорода.

Пермский период закончился грандиозной катастрофой. Жизнь на Земле почти прекратилась. По гипотезе о дрейфе континентов 250 миллионов лет назад существовал единый сверхконтинент – Пангея, омываемый волнами океана Татис. Огромная территория Пангеи была покрыта лесами. Растительная и морская животная жизнь процветала. Кризис был скоротечным. За несколько миллионов лет погибло 95 процентов всей органической материи. Исчезло 80 процентов четвероногих. Линия млекопитающих была практически прервана. Сохранился единственный вид млекопитающих – дицинодон, ставший предком всех других млекопитающих.

Известно несколько гипотез, объясняющих катастрофу, произошедшую 250 миллионов лет назад. По одной из них причиной катастрофы явился взрыв сверхновой неподалеку от Солнца. В результате взрыва был разрушен озоновый слой атмосферы Земли, и все живое оказалось беззащитным перед убийственным ультрафиолетовым излучением. Другая гипотеза объясняет катастрофу обледенением странствующего материка при его пересечении полярной области земного шара. Существует мнение о возможном образовании на поверхности материка базальтового панциря из вулканической лавы. Одной из наиболее достоверных считается гипотеза о том, что живой мир задохнулся из-за нехватки кислорода, возникшей при разложении мертвой органики, оставленной океаном при отступлении от материка. Это отступление объясняется уменьшением воды из–за образования ледниковых шапок на материке при прохождении Пангеи через полярную область.

Последняя в истории Земли глобальная катастрофа произошла 65 миллионов лет назад. По общепризнанной гипотезе лауреата Нобелевской премии американского физика Луиса Альвареца, выдвинутой им в 1980г., причиной катастрофы стал гигантский метеорит, упавший на Землю. Космический пришелец имел продольный размер порядка 10 километров. Он упал на Землю, имея скорость порядка 70000 км/час, и оставил “след” глубиной 20 километров. Место падения – северный берег сегодняшнего полуострова Юкатан. Метеор попал в скалу из серосодержащих кристаллов, при этом в атмосферу было выброшено около 100 миллиардов тонн серы. Атмосфера наполнилась сернистыми соединениями. Кроме того, облака пыли и дыма долгие месяцы окутывали Землю. Удар метеорита привел в движение мантию Земли, которая передала ударную волну на противоположную сторону Земного шара, что привело к разрыву земной коры и выбросу в атмосферу огромной массы пепла и, как следствие, к долголетнему похолоданию.

Все, что не погибло от ядовитой атмосферы и холода, могло погибнуть от воздушных бурь и смерчей. С этой катастрофой связывают гибель динозавров. Из сравнительно “легкого” кризиса в конце триаса, связанного с всемирным оледенением, динозавры вышли победителями, лишь уменьшив свои размеры. При каждой катастрофе наряду с поверженными видами находились и победители, заполнявшие впоследствии освободившееся жизненное пространство себе подобными. Но ни один вид не причастен ни к самой катастрофе, ни к “выживанию” других. Грозящая Земле глобальная экологическая катастрофа, если она случится, уже будет связана с деятельностью представителя живого мира – с человеком.

Клетка

Термин “клетка” принадлежит, как мы уже упоминали Гуку, который использовал микроскоп для изучения строения живого вещества. Фактически Гук видел не саму клетку в сегодняшнем понятии, а ее стенки. Чтобы увидеть строение клетки увеличение даже современных оптических микроскопов недостаточно. Для изучения строения клеток используют электронные микроскопы, обладающие в тысячи раз большим увеличением, чем оптические.

Современная биология рассматривает клетку как наименьшую структурную единицу живого организма. Клетка осуществляет все главные жизненные процессы – дыхание, питание, размножение, выделение. Клетки могут существовать и как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие). Клетки отличаются размерами и формой. Клетки одного типа, сгруппировавшиеся вместе, образуют ткань, входящую в состав органов.

Схема устройства клетки животного показана на рис.46.

Рис.46. Устройство клетки животного

Структура клетки включает внешнюю оболочку и внутренние “перегородки”. И оболочку и перегородки называют мембранами. Клеточная или плазматическая мембрана покрывает клетку, выполняя, прежде всего защитную функцию. Кроме того, через клеточную мембрану осуществляется питание клетки и выделение отходов, то есть обмен с внешней средой. Клеточная мембрана состоит из жиров – липидов и по консистенции напоминает растительное масло, в котором свободно плавают белковые (липидные) молекулы. При поглощении клеткой какой – либо молекулы липидная оболочка как – бы обволакивает ее и проваливается внутрь клетки. Продукты переваривания также выделяются из клетки с помощью обволакивания их липидным веществом. Образуется что-то наподобие пузырька, проходящего через мембрану, не нарушая ее целостности. Мембрана пузырька сливается с клеточной мембраной (оболочкой), а содержимое “пузырька” оказывается выброшенным наружу. Эти своеобразные пузырьки называются лизосомами.

Мембраны – перегородки создают в клетке полости, в которых осуществляются те или иные процессы жизнедеятельности. Мембраны – перегородки придают форму клетке, создают своеобразные “стеллажи” для размещения на них разнообразных структур жизнедеятельности клетки, а также образуют так называемый аппарат Гольджи - структуру, ответственную за транспортировку и выделение белков. Многие продукты жизнедеятельности клетки перерабатываются в аппарате Гольджи и выносятся в “пузырьках” за пределы клетки. Систему полостей, образованных мембранами – перегородками называют “гладкий эндоплазматический ретикулум”. Все жидкое содержимое клетки, заполняющее полости, называется цитоплазмой. Для всех процессов, протекающих в клетке, необходима энергия. Энергетическими “станциями” клетки являются митохондрии, поставляющие клетке вещества, используемые в различных процессах, требующих энергии.

Вся информация о живом организме, которому принадлежит клетка, хранится в ядре. Ядро отделено от содержимого клетки двойной мембраной. Клеточное ядро заполнено белками и связанными с ними нуклеиновыми кислотами: дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и рибонуклеиновой кислотой (РНК) рис.47.

Рис.47.Структура молекул ДНК иРНК

Молекулы ДНК состоят из двух цепочек, скрученных в спираль. Молекулы РНК – одно-цепочные, но могут изгибаться, образуя петли. ДНК составляет основу генетического аппарата. Она состоит из двух цепочек химически связанных нуклеотидов – “букв” генетического кода. Каждый нуклеотид содержит один из четырех видов азотистых оснований – аденин, тимин, гуанидин и тимидин. Азотистые основания в двух цепочках ДНК связанны между собой водородными связями. Две взаимосвязанные цепочки скручены определенным образом и образуют спираль. В этой спирали различными чередованиями азотистых оснований закодирована вся наследственная информация. В ядре ДНК связана с белками и образует вместе с ними особую структуру – хроматин. Весь хроматин ядра собран в палочкообразные тельца – хромосомы. Хроматин представляет собой длинные нити ДНК, состоящие из нуклеусом (рис.48.).

Рис.48.Структура хроматина

Каждая нуклеосома представляет собой как бы “шпульку” из белка ядра – гистона, на которую намотана двойная нить ДНК. Такая конструкция обеспечивает плотную установку генетического материала в ядре. В состав хроматина входят также белки – ферменты, осуществляющие удвоение ДНК и обеспечение целостности воспроизведения генетического кода при передаче генетической информации. Хромосомы состоят из двух продольных нитевидных половинок – сестринских хроматид. Деление клетки начинается с ядра. Содержимое ядер уплотняется в хромосомы, ядро вытягивается, и хроматиды направляются в разные концы этой области. Ядерная оболочка разрушается, хромосомы расщепляются надвое и расходятся к различным полюсам клетки. Вокруг каждой из двух хромосом формируется своя ядерная оболочка, и таким образом образуются две новые клетки.

Мы рассмотрели строение клетки животного. В растительной клетке, кроме указанных элементов есть еще хранилища хлорофилла (хлоропласты) и мешочки с клеточным соком (вакуоли). Поверх клетчатой мембраны растительная клетка окружена оболочкой из целлюлозы (рис.49).

Рис.49.Устройство клетки растения

Генетическая информация

Австрийский естествоиспытатель Иоганн Мендель (1833 – 1884) еще в 1865 г. открыл существование индивидуальных наследственных факторов – генов. Открытые при проведении опытов по скрещиванию сортов гороха законы наследования признаков были переоткрыты в 1900 г., но получили имя своего первооткрывателя – законы Менделя. Термин " генетика" был введен в 1905 году английским биологом Уильямом Бетсоном (1861 – 1926). Этим названием он определил науку о " явлениях изменчивости наследственности".

В 30-е гг. нашего столетия была установлена роль ДНК в передаче наследственной информации. В начале 50-х гг. была установлена точная структура генов, установлен молекулярный механизм генетических закономерностей. Все это время генетика считалась в СССР лженаукой и господствовал " ламаркизм по-лысенковски".

Сегодня генетика – одно из самых прогрессивных отраслей науки, которая уже имеет ряд перспективных прикладных направлений.

Информацию о том, каким должен быть организм в целом и в деталях, какие белки должны вырабатываться при построении организма несут гены, которые на молекулярном уровне рассматриваются как участки ДНК. Как же происходит передача этой информации? Белки производятся в специальных клеточных структурах – рибосомах (рис.50.).

Рис.50.Схема синтеза белка в рибосомах

Белки строятся из аминокислот, находящихся в цитоплазме. Аминокислоты приносят в рибосомы специальные молекулы – транспортные РНК. Структура белка определяется порядком расположения аминокислот. Инструкцию о том, как расположиться аминокислотам, поставляет в рибосомы из клеточного ядра матричная РНК. Она представляет собой своеобразную копию или слепок, снятый со спиралей ДНК, которые при размножении расходятся, и каждая из спиралей становится матрицей. Слепок со спиралей снимается специальным ферментом полимеразой, которая, двигаясь по ДНК, создает одномерную цепочку матричной РНК. Молекулы в матричной РНК расположены по принципу комплиментарности (дополнительности) одной нити ДНК (как в слепке с рельефа). Последовательность расположения нуклеотидов в матричной РНК определяет последовательность расположения аминокислот в белке. Молекула матричной РНК проникает через мембрану ядра рибосомы. Там, в рибосомах, происходит расшифровка кода с языка нуклеотидов на язык аминокислот, при которой ДНК выступает как матрица при синтезе белков. Из рибосомы выходит цепочка аминокислот, образующая соответствующий белок, а от того, какие белки синтезируются в клетке, зависят и все ее структурные и функциональные особенности. Таким образом, молекулы РНК являются посредниками при передаче информации от ДНК к белку. Наследственность, как следует из принципа передачи генетической информации, имеет вполне определенный механизм. В добавление к сказанному отметим, что точность воспроизведения генетического кода поддерживается тремя ферментными системами, обеспечивающими отбор нуклеотид, проверку нуклеотида на комплиментарность и отбрасывание некомплиментарных участков нуклеотидов. Вероятность накопления ошибок в генетическом коде человека составляет около одной десятимиллиардной, и это при том, что генетический код человека содержит около 3 млрд. единиц. И все же, возможно изменение генетического кода. Это изменение лежит в основе механизма изменчивости, обеспечивающего естественный отбор и эволюцию живого мира. Различают наследственную и ненаследственную (модификационную) изменчивость.

Модификационная изменчивость вызывается внешними условиями и обеспечивает приспособляемость организма к изменениям этих условий. Модификационная изменчивость не наследуется.

Наследственная изменчивость называется мутацией. Мутация вызывается ошибками кодирования генетического материала под влиянием вредных веществ или излучений. Вследствие мутации возникают новые варианты генов. Мутации, как правило, являются вредными, поэтому их обладатели или погибают, или не дают жизнеспособного потомства. Но часть мутантов может оказаться по каким-либо причинам лучше приспособленными к изменявшимся внешним условиям и получить преимущество при естественном отборе. Прошедшие на генетическом уровне изменения закрепляются.

Клетки организма специализированы, то есть в различных типах клеток те или иные группы генов активизированы, другая же часть заблокирована и не активна. Лишь зародышевая клетка содержит всю информацию, касающуюся плана построения организма. Дифференциация клеток происходит по мере развития организма. Роль регуляторов активности выполняют гистоны, входящие в состав хроматина, и служащие, также, упаковочным материалом для ДНК.

На активность генов оказывает важное влияние и " соседство", то есть какие клетки находятся в окружении. Если выделить какую-либо клетку и создать для нее питательную среду, эта клетка будет вести себя как зародышевая, то есть все гены, ранее заблокированные, будут разблокированы, и генетический код будет воспроизведен полностью. Это важное обстоятельство единства генетических программ во всех клетках данного организма создает условия для создания генетических двойников - клонирования. Появились сообщения об успешных опытах по клонирванию, проведенных в Англии, Шотландии, США. В результате клонирования получены двойники лягушек, овец, обезьян. Всерьез рассматривается вопрос о клонировании человека, хотя сама постановка такого вопроса весьма сомнительна в моральном отношении.

Научно-техническое направление, связанное с искусственными методами управления генетической информацией, получило название генной инженерии. Возможность внедрять в клетку желаемую генетическую информацию открывает самые широкие перспективы использования генной инженерии в медицине, животноводстве, сельском хозяйстве.

⇐ Предыдущая 24 25 26 27 28 29 30 313233 Следующая ⇒