Организм и среда

Часто кажется, что организмы находятся всецело во власти среды: среда ставит им пределы, и в этих пределах они должны либо преуспеть, либо погибнуть. Но организмы и сами воздействуют на среду. Они изменяют ее непосредственно за свое недолгое существование и за долгие периоды эволюции.

Мы уже говорили о том, что гетеротрофы поглощали питательные вещества из первичного “бульона” и что автотрофы добавили к атмосфере кислород и подготовили условия для возникновения и эволюции процесса дыхания.

С появлением в атмосфере кислорода в ней возник также и озоновый слой (“озоновый щит” Земли). Озон О₃ образуется из кислорода О₂ под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.

Озоновый слой действует как фильтр, задерживая ультрафиолетовое излучение и не давая ему дойти до поверхности Земли (ультрафиолетовое излучение губительно для белков и нуклеиновых кислот).

Первые организмы жили в воде, и вода экранировала их, поглощая энергию ультрафиолетового излучения. До появления защитного озонового слоя ультрафиолетовое излучение было, вероятно, одним из главных факторов, препятствовавших выходу первых живых организмов из воды на сушу.

Первые вышедшие на сушу организмы нашли здесь в изобилии и солнечный свет, и минеральные вещества, так что вначале они были практически избавлены от конкуренции.

Деревья и травы, покрывшие вскоре значительную часть земной поверхности, пополняли запас кислорода в атмосфере; кроме того, они изменяли характер водного стока на Земле и ускоряли процесс образования почв из горных пород. Так организмы и среда на протяжении всей истории жизни на нашей планете взаимно формировали друг друга.

Интересно
Гигантский шаг на пути эволюции жизни был связан с возникновением основных биохимических процессов обмена — фотосинтеза и дыхания — и с образованием клеточной организации, содержащей ядерный аппарат (эукариот). Эти процессы, возникшие еще на ранних стадиях биологической эволюции, в основных чертах сохранились у современных организмов.

Методами молекулярной биологии установлено поразительное единообразие биохимических основ жизни при огромном различии организмов по другим признакам. Белки почти всех живых существ состоят из 20 аминокислот.

Нуклеиновые кислоты, кодирующие белки, собираются всего из четырех нуклеотидов. Биосинтез белка осуществляется по единообразной схеме, местом их синтеза являются рибосомы, в нем участвуют и-РНК и т-РНК (информационная и транспортная РНК). Подавляющая часть организмов использует энергию окисления, дыхания и гликолиза, которая запасается с помощью АТФ.

Рассмотрим подробнее особенности эволюции на клеточном уровне организации жизни. Различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что первые могут жить как в бескислородной среде, так и в среде с разным содержанием кислорода, в то время как для эукариот, за немногим исключением, обязателен кислород.

Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в окружающей среде изменилось.

Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.

Первые фотосинтезирующие организмы появились около 3 млрд лет назад. Это были анаэробные бактерии, предшественники современных фотосинтезирующих бактерий.

Обеднение среды азотистыми органическими соединениями вызывало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. Такими организмами являются фотосинтезирующие азотфиксирующие сине-зеленые водоросли, осуществляющие аэробный фотосинтез. Они устойчивы к продуцируемому ими кислороду и могут использовать его для собственного метаболизма.

Поскольку сине-зеленые водоросли возникли в период, когда концентрация кислорода в атмосфере изменялась, вполне очевидно, что они — промежуточные организмы между анаэробами и аэробами.

Считается, что фотосинтез, в котором источником атомов водорода для восстановления углекислого газа является сероводород (такой фотосинтез осуществляют современные зеленые и пурпурные серные бактерии), предшествовал более сложному двустадийному фотосинтезу, при котором атомы водорода извлекаются из молекул воды. Второй тип фотосинтеза характерен для цианей и зеленых растений.

Фотосинтезирующая деятельность первичных одноклеточных имела два последствия, оказавшие решающее влияние на всю дальнейшую эволюцию живого.

Во-первых, фотосинтез освободил организмы от конкуренции за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых в окружающей среде значительно сократилось.

Развившиеся посредством фотосинтеза автотрофное питание и запасание питательных готовых веществ в растительных тканях создали затем условия для появления громадного разнообразия автотрофных и гетеротрофных организмов.

Во-вторых, фотосинтез обеспечивал насыщение атмосферы достаточным количеством кислорода для возникновения и развития организмов, энергетический обмен которых основан на процессах дыхания.

Значительное количество данных об ископаемых эукариотах позволяет сказать, что их возраст составляет около 1,5 млрд лет.

В эволюции одноклеточной организации выделяются ступени, связанные с усложнением строения организма, совершенствованием генетического аппарата и способов размножения.

Прогрессивным явлением в филогенезе простейших было возникновение у них полового размножения. Постепенно в ходе прогрессивной эволюции происходит переход к разделению генеративных клеток на женские и мужские.

При слиянии гамет образуется диплоидная зигота. Следовательно, у простейших наметился переход к начальной стадии ксеногамии (размножение путем перекрестного оплодотворения).

Последующее развитие уже многоклеточных организмов шло по пути совершенствования способов ксеногамного размножения.

Возникновение и развитие многоклеточной организации

Интересно
Следующая после возникновения одноклеточных ступень эволюции — образование и прогрессивное развитие многоклеточных организмов. Эта ступень отличается большой усложненностью переходных стадий, из которых выделяются колониальная одноклеточная, первично-дифференцированная, централизованно-дифференцированная.

Колониальная одноклеточная стадия считается переходной от одноклеточного организма к многоклеточному и является наиболее простой из всех стадий в эволюции многоклеточной организации.

Первично-дифференцированная стадия в эволюции многоклеточной организации характеризуется началом специализации по принципу “разделения труда” у членов колонии. На первично-дифференцированной стадии происходит специализация функций на тканевом, органном и системно-органном уровне.

Так, у кишечнополостных уже сформировалась простая нервная система, которая, распространяя импульсы, координирует деятельность двигательных, железистых, стрекательных, репродуктивных клеток. Нервного центра как такового еще нет, но центр координации уже имеется.

С кишечнополостных начинается централизованно-дифференцированная стадия эволюции многоклеточной организации. На этой стадии усложнение морфофизиологической структуры идет через усиление тканевой специализации, начиная с возникновения зародышевых листков, детерминирующих развитие пищевой, выделительной, генеративной и других систем органов. Возникает хорошо выраженная централизованная нервная система.

Одновременно совершенствуются способы полового размножения — от наружного оплодотворения к внутреннему, от свободной инкубации яиц вне материнского организма к живорождению. Заключительным этапом централизованно-дифференцированной стадии стало возникновение человека.

Всех многоклеточных подразделяют на три царства: грибы, растения, животные. Относительно эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче представлены остатками, дающими возможность довольно подробно восстановить ход их истории.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)