к каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях

К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?

Обсуждение вопроса:

Для многих веществ-загрязнителей характерно явление биологического накопления в пищевых цепях. В рыбе, например, концентрация ртути может быть в 1000 раз больше, чем в воде, в которой она живет. Любой организм, питающийся такой рыбой, подвергает себя смертельной опасности.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться.

Основными параметрами, ограничивающими загрязнение биосферы отходами производства, являются ПДК — предельно допустимые массовые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе или воде водоемов. Под ПДК понимается такая концентрация загрязняющего вещества, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования, а также не нарушает биологического оптимума для человека.

К первому относятся стойкие (неразлагающиеся) загрязнения — вещества и яды, такие, как алюминиевые банки, соли ртути, фенольные соединения с длинной цепью, ДДТ, которые в естественной среде либо не разрушаются вовсе, либо разрушаются очень медленно. Иными словами, для этих веществ не существует природных процессов, которые могли бы их разлагать с такой же скоростью, с какой они вводятся в экосистему. Кроме того, они могут образовать другие ядовитые вещества, соединяясь с другими веществами окружающей среды. Единственный возможный способ «очистки» от таких загрязнителей — это их изъятие или экстракция из системы жизнеобеспечения окружающей среды, что сопряжено с большими расходами. Очевидное и разумное решение (которое, однако, легче сформулировать, чем выполнить) состоит в том, чтобы запретить выброс в окружающую среду таких веществ (или хотя бы контролировать его так, чтобы избежать токсичного уровня) или даже совершенно прекратить производство таких веществ (т. е. найти легко деградирующие заменители).

Еще одной отрицательной стороной воздействия на биосферу является сжигание топлива, приводящее не только к загрязнению воздуха, воды, почвы, но и к таким изменениям атмосферы, которые в дальнейшем могут привести и к изменениям климата и ко многим другим, иногда трудно прогнозируемым последствиям. В настоящее время ежегодно сжигается около 2,5 млрд. т нефти и более 20 млрд. т каменного угля. Это приводит к расходу не менее 15 млрд. т свободного кислорода, взамен которого в атмосферу поступает около 25 млрд. т углекислого газа. В результате подобной деятельности человека за последние 50 лет было использовано кислорода столько же, сколько за всю предыдущую историю человечества.

Источник

К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?? пишите срочно

Накопление вредных веществ ведет к заболеваниям целых групп организмов, изменению их поведения, повышению смертности. нарушению репродуктивного цикла и поведения, сокращению численности целых звеньев пищевой цепи, искривлению самой пищевой цепи.

На территории США ДДТ применяли для борьбы с грибковым заболеванием вяза. С заболеванием справились, но ДДТ с листвой попал в почву, где его переработали дождевые черви. Черви являются основной пищей перелетных дроздов. На них действие ДДТ сказалось в истончении скорлупы яйца, бесплодии самцов, бесплодии яиц, а в конечном итоге в резком сокращении численности.

В 1947 году любитель орнитолог заметил, что изменилось брачное поведение орлов и они перестали оставлять потомство. При исследовании вопроса, выяснилось влияние ДДТ, накапливающегося в организмах птиц.

Осязательных рецепторов везде много и нет такой части тела, где их почти или совсем нет. Можно лишь сказать, что менее чувствительная часть тела- это спина. В ней также относительно меньше болевых рецепторов.

Ответ:

это олимпиада 7 класс биология??

а как вы сделали 15 задание?

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР), — одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой — с наружной ядерной мембраной. Различают два вида ЭПС: 1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.

Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты ( «отсеки»), 3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС), 4) синтез белка (шероховатая ЭПС), 5) место образования аппарата Гольджи.

Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. С ними связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи). Каждая стопка обычно состоит из 4-х–6-ти «цистерн», является структурно-функциональной единицей аппарата Гольджи и называется диктиосомой. Число диктиосом в клетке колеблется от одной до нескольких сотен. В растительных клетках диктиосомы обособлены.

Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра).

Функции аппарата Гольджи: 1) накопление белков, липидов, углеводов, 2) модификация поступивших органических веществ, 3) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4) секреция белков, липидов, углеводов, 5) синтез углеводов и липидов, 6) место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.

1 — наружная мембрана;

2 — внутренняя мембрана; 3 — матрикс; 4 — криста; 5 — мультиферментная система; 6 — кольцевая ДНК.

Форма, размеры и количество митохондрий чрезвычайно варьируют. По форме митохондрии могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Длина митохондрий колеблется в пределах от 1,5 до 10 мкм, диаметр — от 0,25 до 1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке может достигать нескольких тысяч и зависит от метаболической активности клетки.

Митохондрия ограничена двумя мембранами. Наружная мембрана митохондрий (1) гладкая, внутренняя (2) образует многочисленные складки — кристы (4). Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на которой размещаются мультиферментные системы (5), участвующие в процессах синтеза молекул АТФ. Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом (3). В матриксе содержатся кольцевая ДНК (6), специфические иРНК, рибосомы прокариотического типа (70S-типа), ферменты цикла Кребса.

Митохондриальная ДНК не связана с белками («голая»), прикреплена к внутренней мембране митохондрии и несет информацию о строении примерно 30 белков. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, поэтому информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки. Митохондрии способны автономно размножаться путем деления надвое. Между наружной и внутренней мембранами находится протонный резервуар, где происходит накопление Н+.

Функции митохондрий: 1) синтез АТФ, 2) кислородное расщепление органических веществ.

Согласно одной из гипотез (теория симбиогенеза) митохондрии произошли от древних свободноживущих аэробных прокариотических организмов, которые, случайно проникнув в клетку-хозяина, затем образовали с ней взаимовыгодный симбиотический комплекс. В пользу этой гипотезы свидетельствуют следующие данные. Во-первых, митохондриальная ДНК имеет такие же особенности строения как и ДНК современных бактерий (замкнута в кольцо, не связана с белками). Во-вторых, митохондриальные рибосомы и рибосомы бактерий относятся к одному типу — 70S-типу. В-третьих, механизм деления митохондрий сходен с таковым бактерий. В-четвертых, синтез митохондриальных и бактериальных белков подавляется одинаковыми антибиотиками.

Источник

Глава 2. Глобальные проблемы биосферы

О.А. Барабанова, И.Н. Безкоровайная, Е.Б. Бухарова [и др.]
Экология: курс лекций
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 325 с.

Глава 2. Глобальные проблемы биосферы

Лекция 9. Загрязнение биосферы

9.3. Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях. Правило биологического усиления

Любое соединение, загрязняющее естественную среду, может быть поглощено живыми организмами. Таким путем оно включается в трофические сети экосистем, участвует в круговороте веществ, оказывая вредное воздействие на живые организмы.

Все живые существа (конечно, в разной степени) обладают способностью накапливать в своем организме любые вещества, биологически слабо или совершенно не разрушающиеся. Это обстоятельство порождает биологические явления, усложняющие процесс загрязнения каждой экосистемы. В самом деле, организмы, аккумулировавшие токсичные вещества, служат пищей другим животным, которые затем накопят их в своих тканях.

Таким образом, постепенно происходит заражение всей пищевой цепи экосистемы, начало которому положили первичные продуценты, «выкачивающие» загрязняющие вещества, рассеянные в биотопе. Накопление токсичных веществ в живых организмах увеличивается на каждом последующем трофическом уровне. Во всех случаях хищники, находящиеся в самом конце пищевой цепи, оказываются обладателями наиболее высокого уровня заражения.

Например, Миеттинен (цит. по Ф. Рамад, 1981) показал, что жители Лапландии получили дозы радиации (от 90 Sr и 137 Сs) в 55 раз большие, чем жители Хельсинки. Он рассмотрел движение этих радиоактивных элементов в следующей цепи:

Содержание радиоактивных стронция и цезия в лишайниках велико, что связано не только с физиологическими особенностями этих организмов, но и с природой почв тундры. Очень бедные питательными минеральными веществами почвы тундры быстро усваивают стронций и цезий, близкие по своим химическим свойствам к калию и кальцию. Концентрация стронция и цезия в лишайниках в несколько тысяч раз выше, чем в почвах тундры. Новое накопление радиоактивных веществ происходит в организме оленей, питающихся лишайниками, лапландцы же отравляются, питаясь мясом и молоком оленей. У травоядных концентрация радиоактивного цезия была в 3 раза выше, чем у лишайников, а в тканях лапландцев (плотоядные) его содержалось в 2 раза больше, чем в мясе оленя.

В 1953 г. в одной из рыбацких деревень, что стояла в бухте Минамата, вспыхнула эпидемия загадочного заболевания. Болезнь не была инфекционной, но поражала целые семьи. У жителей стали наблюдаться нервные расстройства: возбужденное состояние, раздражительность, неспособность сосредоточиться, депрессия, сужение поля зрения, потери слуха, речи, разума, нетвердая походка и т. д. Из 116 официально зарегистрированных случаев 43 имели летальный исход, а у выживших отмечались все вышеперечисленные синдромы. Однако японские врачи, исследовавшие историю этой эпидемии, оценили реальное число заболевших людей многими сотнями. В этой деревне даже домашние кошки отличались своеобразным поведением. Некоторые из них бросались в воду – поведение, не свойственное животному, известному своей водобоязнью. Болезнь назвали болезнью Минамата. Она дважды наблюдалась в Японии: в 1953 г. в бухте Минамата и в 1965 г. в районе Ниигаты.

Причиной заболевания стало – и это совершенно очевидно – наличие патогенного или токсичного элемента в пище жителей бухты и их домашних животных. Тщательная экспертиза, проведенная между 1956 и 1959 гг., показала, что источником болезни являлась рыба из бухты Минамата.

В 1962 г. в сточных водах завода в районе бухты была обнаружена метилртуть. В 1965 г. подобное заболевание в районе Ниигаты, расположенном далеко от Минаматы, также было вызвано метилртутью. На этот раз 5 человек из 30 тяжело заболевших погибли. Все они питались рыбой, выловленной в реке Агано, в которую попадали сточные воды завода «Шова Денко», синтезирующего ацетальдегид (метилртуть).

Сегодня совершенно очевидно, что единственной причиной «экологической болезни» Минамата является метилртуть. Появление первых симптомов этого заболевания отмечалось подчас через много лет после употребления в пищу рыбы и морских животных, зараженных этим веществом, а у детей, рожденных не болевшими женщинами из районов Минамата и Ниигата, обнаружены серьезные врожденные аномалии.

Рассмотренные явления иллюстрируют биологическое накопление (концентрирование) токсичных веществ в пищевых цепях. Накопление живыми организмами ряда химически неразрушающихся веществ (пестициды, радионуклиды и др.), ведущее к биологическому усилению их действия по мере прохождения в биологических циклах и по пищевым цепям, получило название «правило биологического усиления». В наземных экосистемах с переходом на каждый трофический уровень происходит, по крайней мере, 10-кратное увеличение концентрации токсичных веществ. В водных экосистемах накопление многих токсичных веществ коррелирует с массой жиров (липидов) в организме морских обитателей.

Источник

К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?

К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?

Концентрация накопления загрязнителя в пищевых цепях увеличивается от продуцентов консументам.

Накопление вредных веществ ведет к заболеваниям целых групп организмов, изменению их поведения, повышению смертности.

Нарушению репродуктивного цикла и поведения, сокращению численности целых звеньев пищевой цепи, искривлению самой пищевой цепи.

На территории США ДДТ применяли для борьбы с грибковым заболеванием вяза.

С заболеванием справились, но ДДТ с листвой попал в почву, где его переработали дождевые черви.

Черви являются основной пищей перелетных дроздов.

На них действие ДДТ сказалось в истончении скорлупы яйца, бесплодии самцов, бесплодии яиц, а в конечном итоге в резком сокращении численности.

В 1947 году любитель орнитолог заметил, что изменилось брачное поведение орлов и они перестали оставлять потомство.

При исследовании вопроса, выяснилось влияние ДДТ, накапливающегося в организмах птиц.

Как вы думаете к каким последствиям накопления углекислого газа в атмосфере и что может быть причиной данного явления?

Как вы думаете к каким последствиям накопления углекислого газа в атмосфере и что может быть причиной данного явления?

К каким последствиям может привести нарушение деятельности почек?

К каким последствиям может привести нарушение деятельности почек?

Объясните к каким последствиям может привести случайное добавление нуклеотида гуанина между четвертым и пятым нуклеотидом.

Привести примеры разных пищевых цепей в лесном сообществе?

Привести примеры разных пищевых цепей в лесном сообществе.

К каким последствиям может привести нарушение работы пищеварительной системы?

К каким последствиям может привести нарушение работы пищеварительной системы?

Как вы думаете, к каким последствиям может привести накопление углекислого газа в атмосфере и что может быть причиной данного явления?

Как вы думаете, к каким последствиям может привести накопление углекислого газа в атмосфере и что может быть причиной данного явления?

Чем отличаются друг от друга пищевая цепь и пищевая сеть?

Чем отличаются друг от друга пищевая цепь и пищевая сеть?

В чем преимущества пищевой цепи?

Как вы думаете с какими биологическими и экологическими последствиями может привести исчезнование с нашей планеты всех грибов?

Как вы думаете с какими биологическими и экологическими последствиями может привести исчезнование с нашей планеты всех грибов?

Срочно пищевая цепь с бактериями?

Срочно пищевая цепь с бактериями.

Стебель из под земли берет влагу. Пускает её по стеблю. Вода накапливается в ячейках, так и растет Стебель.

Потому что клетка, которой необходимы питательные вещества, содержащиеся в пище, не имеет зубов для ее перемалывания. Не имеет кислот для ее окисления. Не имеет ферментов для ее переваривания. В общем, не умеет раскладывать пищу в том ее виде, в к..

Перекрестное опыление наиболее распространенотак, какцветки большинства растений имеют приспособления, препятствующие самоопылению : 1. Большинство цветов однополые. 2. у большинство цветков неодновременно созревают пыльники и рыльца. 3. разная дл..

Источник

Текст книги «Биология. Общая биология. 10–11 классы»

Автор книги: Владимир Пасечник

Жанр: Биология, Наука и Образование

Текущая страница: 25 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

§ 87. Влияние загрязнений на живые организмы

1. Какие загрязнения окружающей среды вам известны?

2. Какие организмы называются консументами?

3. Какая взаимосвязь существует между продуцентами, консументами и редуцентами?

Загрязнение окружающей среды. Многие экологические проблемы, существующие сегодня, являются следствием неразумной хозяйственной деятельности человека. Развивающиеся промышленные производства, энергетика, сельское хозяйство могут, при несоблюдении экологических требований, сильно загрязнять окружающую среду.

Так, хозяйственные выбросы свинца, кадмия и цинка, которые являются токсичными (вредными) для живых организмов, уже превосходят естественное содержание этих металлов в биосфере соответственно в 18, 5 и 3 раза.

Многие синтезированные человеком химические соединения, даже при очень малых концентрациях, опасны для живых организмов. Например, диоксин, образующийся в виде примесей во многих производствах, где используется хлор, обладает очень высокой биологической активностью, большой стойкостью и способностью к биопереносу в природе. Он даже в ничтожных концентрациях подавляет иммунную систему организмов, повышает чувствительность к вирусным заболеваниям, снижает умственную и физическую работоспособность. В более высоких концентрациях он может вызвать раковые заболевания, поражать нервную систему, печень, пищеварительный тракт.

Рис. 139. Передача токсичных веществ по пищевой цепи

Накопление загрязнителя в пищевых цепях. Для многих веществ-загрязнителей характерно явление биологического накопления в пищевых цепях. В рыбе, например, концентрация ртути может быть в 1000 раз больше, чем в воде, в которой она живет. Любой организм, питающийся такой рыбой, подвергает себя смертельной опасности.

Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться.

1. В чем опасность загрязнения биосферы?

2. Какие загрязнители вам известны?

3. К каким последствиям может привести явление биологического накопления загрязнителя в пищевых цепях?

Выясните, какова экологическая ситуация в вашем регионе. Примите участие в работе по выявлению источников загрязнения окружающей среды.

§ 88. Основы рационального природопользования

1. Какие глобальные экологические проблемы, стоящие перед человечеством, вам известны?

2. Какие природные ресурсы вам известны?

3. В чем причина экологического кризиса на нашей планете?

Формирование экологического сознания. В настоящее время воздействие человеческого общества на природу привело к возникновению сложных экологических проблем биосферы. Решить их способно лишь общество, которое научится соизмерять свои потребности с теми возможностями, которые дает ему Природа.

Для осуществления разумного управления состоянием биосферы и перехода на уровень ноосферы необходимо не только знать устройство и механизмы этой сложной и огромной системы, но и иметь возможность влиять на ее процессы в желаемом направлении.

Но даже совершенное знание биосферных механизмов и ясное понимание того, что надо делать, не дадут реальных плодов при отсутствии определенного уровня зрелости и культуры общества. Здесь важнейшим моментом является формирование новой социальной и экологической нравственности. На смену лозунгам типа «Человек – царь природы» или «Нельзя ждать милостей от природы, взять их у нее – наша задача!» должны прийти установки на разумное и бережное отношение к тому, благодаря чему мы только и существуем в Природе.

Необходимо формирование такой стратегии развития человеческого общества, которая позволяет гармонично сочетать его потребности с возможностями сохранения нормального функционирования биосферы. Это означает не только широкое распространение производственных способов (технологий) сбережения энергии и ресурсов, но и изменение характера потребностей людей.

В настоящее время мы живем в обществе, которое называют «обществом одноразового потребления». Для него характерно нерациональное, расточительное использование природных ресурсов. Для сохранения человеческой цивилизации необходимо построить природосберегающее общество.

Природные ресурсы – важнейшие компоненты окружающей человека среды, используемые для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества (рис. 140).

Ограниченность ресурсов Земли становится в настоящее время одной из наиболее актуальных проблем человеческой цивилизации. Поэтому одним из важнейших моментов современности можно считать решение задач по рациональному управлению природными ресурсами.

Ограниченность природных ресурсов, несовершенство технологии их добычи и переработки часто приводят к разрушению биогеоценозов, загрязнению окружающей среды, нарушениям климата и круговорота веществ в экосистемах.

Рациональное природопользование. Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в нахождении наилучших (по определенным критериям) или оптимальных способов эксплуатации естественных и искусственных экосистем.

Создание новых технологий должно сочетаться с компетентной, грамотной экологической экспертизой всех, особенно широкомасштабных, проектов в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве и других отраслях человеческой деятельности. Проводимая специальными независимыми органами, такая экспертиза позволит избежать многих просчетов и непредсказуемых последствий реализации этих проектов для биосферы.

Охрана окружающей среды и задачи восстановления природных ресурсов должны предусматривать следующие виды деятельности:

Рис. 140. Природные ресурсы

– локальный (местный) и глобальный экологический мониторинг, т. е. измерение и контроль состояния важнейших характеристик окружающей среды, концентрации вредных веществ в атмосфере, воде, почве;

– восстановление и охрану лесов от пожаров, вредителей, болезней;

– расширение и увеличение числа заповедных зон, эталонных экосистем, уникальных природных комплексов;

– охрану и разведение редких видов растений и животных; широкое просвещение и экологическое образование населения;

– международное сотрудничество в деле охраны среды.

Только активная работа во всех областях человеческой деятельности по формированию нового отношения к природе, разработка рационального природопользования, природосберегающей технологии будущего смогут решить экологические проблемы сегодняшнего дня и перейти к гармоничному «сотрудничеству» с природой.

Природные ресурсы. Экологическое сознание.

1. Почему формирование экологического сознания имеет первостепенное значение для развития современного человеческого общества?

2. Почему наше общество можно отнести к «обществу одноразового потребления»?

3. Как вы считаете, сможет ли человечество преодолеть экологический кризис?

Краткое содержание главы

Экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой обитания. Современная экология – универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Экология – наука будущего, и, возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки.

На Земле существуют четыре основные среды обитания: водная среда, наземно-воздушная, почвенная и среда, образуемая самими живыми организмами. Все факторы среды подразделяются на три основные группы – абиотические, биотические и антропогенные.

Экологическая ниша определяется совокупностью всех жизненных условий, необходимых для существования того или иного вида, а также его ролью в биологическом сообществе.

Популяции состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой различными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.

Все природные экосистемы связаны между собой и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему. Эта экосистема называется биосферой.

Структура любого сообщества определяется соотношением различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве в пищевой, или трофической, сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

Экологические проблемы, существующие сегодня, являются следствием неразумной хозяйственной деятельности человека. Развивающиеся промышленные производства, энергетика, сельское хозяйство могут при несоблюдении экологических требований сильно загрязнять окружающую среду.

Глава 9. Эволюция биосферы и человек

Изучив данную главу, вы узнаете:

• об основных гипотезах происхождения жизни;

• об основных этапах эволюции биосферы;

• о месте и роли человека в биосфере.

По современным представлениям, на ранних стадиях существования нашей планеты изменение облика Земли было связано с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты.

С возникновением жизни деятельность живого вещества, проникающего во все уголки планеты, привела к образованию биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и веществ.

Биосфера – не только сфера распространения жизни, но и результат ее функционирования. Начиная с момента зарождения, жизнь постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, живые организмы изменяют ее. Таким образом, параллельно с историческим развитием органической жизни протекает эволюция биосферы.

§ 89. Гипотезы о происхождении жизни

2. Какие гипотезы происхождения жизни вам известны?

3. В чем основной принцип научного метода?

Проблема возникновения жизни на нашей планете является одной из центральных в современном естествознании. С древнейших времен люди пытались найти ответ на этот вопрос.

Креационизм (лат. creatio – сотворение). В разные времена у разных народов были свои представления о возникновении жизни. Свое отражение они нашли в священных книгах различных религий, которые объясняют возникновение жизни как акт Творца (воля Бога). Гипотезу божественного возникновения живого можно принять только на веру, так как ее нельзя экспериментально проверить или опровергнуть. Следовательно, она не может рассматриваться с научной точки зрения.

Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни. С античных времен и до середины XVII в. ученые не сомневались в возможности самопроизвольного зарождения жизни. Считалось, что живые существа могут появляться из неживой материи, например рыбы – из ила, черви – из почвы, мыши – из тряпок, мухи – из гнилого мяса, а также, что одни формы могут порождать другие, например из плодов могут образовываться птицы и животные (см. выше).

Так, великий Аристотель, изучая угрей, установил, что среди них не встречаются особи с икрой или молоками. На основании этого он предположил, что угри рождаются из «колбасок» ила, образующихся от трения взрослой рыбы о дно.

Несмотря на это, идеи самозарождения жизни сохранялись до середины XIX в. Только в 1862 г. французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг гипотезу самозарождения жизни. Работы Л. Пастера позволили утверждать, что принцип «Все живое – из живого» справедлив для всех известных организмов на нашей планете, но они не разрешали вопрос о происхождении жизни.

Гипотеза панспермии. Доказанность невозможности самозарождения жизни породила другую проблему. Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся первый живой организм? Это дало толчок к возникновению гипотезы панспермии, которая имела и имеет много сторонников, в том числе и среди видных ученых. Они считают, что впервые жизнь возникла не на Земле, а была занесена каким-то образом на нашу планету.

Однако гипотеза панспермии пытается лишь объяснить появление жизни на Земле. Она не отвечает на вопрос, как возникла жизнь.

Отрицание факта самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития жизни в прошлом из неорганической материи.

Гипотеза биохимической эволюции. В 20-е годы XX в. русский ученый А. И. Опарин и англичанин Док. Холдейн высказали гипотезу о возникновении жизни в процессе биохимической эволюции углеродных соединений, которая и легла в основу современных представлений.

В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того, что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.

По мнению А. И. Опарина, в первичной атмосфере планеты, насыщенной различными газами, при мощных электрических разрядах, а также под действием ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал и, следовательно, не было защитного озонового экрана, атмосфера была восстановительной) и высокой радиации могли образовываться органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».

Известно, что в концентрированных растворах органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, липидов) при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями, или коацерватами. Коацерваты в условиях восстановительной атмосферы не разрушались. Из раствора в них поступали химические вещества, в них шел синтез новых соединений, в результате чего они росли и усложнялись.

Коацерваты уже напоминали живые организмы, однако таковыми еще не были, так как не имели упорядоченной внутренней структуры, присущей живым организмам, и не были способны размножаться. Белковые коацерваты рассматривались А. И. Опариным как пробионты – предшественники живого организма. Он предполагал, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.

Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.

Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки.

В 1929 г. английский ученый Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни, но согласно его взглядам первичной была не коарцерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн – нуклеиновым кислотам.

Гипотеза Опарина-Холдейна завоевала много сторонников, так как получила экспериментальное подтверждение возможности абиогенного синтеза органических биополимеров.

В 1953 г. американский ученый Стенли Миллер в созданной им установке (рис. 141) смоделировал условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.

Рис. 141. Опыт, имитирующий условия первичной атмосферы Земли на установке С. Миллера

Но гипотеза Опарина – Холдейна имеет и слабую сторону, на которую указывают ее оппоненты. В рамках данной гипотезы не удается объяснить главную проблему: как произошел качественный скачок от неживого к живому. Ведь для саморепродукции нуклеиновых кислот необходимы ферментные белки, а для синтеза белков – нуклеиновые кислоты.

Креационизм. Самопроизвольное зарождение. Гипотеза панспермии. Гипотеза биохимической эволюции. Коацерваты. Пробионты.

1. Почему представление о божественном происхождении жизни нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть?

2. Каковы основные положения гипотезы Опарина – Холдейна?

3. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?

4. В чем отличия гипотезы А. И. Опарина от гипотезы Дж. Холдейна?

5. Какие доводы приводят оппоненты, критикуя гипотезу Опарина – Холдейна?

Приведите возможные доводы «за» и «против» гипотезы панспермии.

Ч. Дарвин в 1871 г. писал: «Но если бы сейчас… в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».

Подтвердите или опровергните данное высказывание Ч. Дарвина.

В понимании сущности жизни и ее происхождения в культуре человеческой цивилизации издавна существуют две идеи – биогенеза и абиогенеза.

Идея биогенеза (происхождения живого от живого) исходит из древних восточных религиозных построений, для которых обычной была мысль об отсутствии начала и конца природных явлений. Реальность вечной жизни для этих культур логически приемлема, также как и вечность материи, Космоса.

Альтернативная идея – абиогенеза (происхождение живого из неживого) восходит к цивилизациям, существовавшим задолго до нашей эры в долинах рек Тигра и Евфрата. Эта область подвергалась постоянным наводнениям, и неудивительно, что она стала родиной катастрофизма, оказавшего через иудаизм и христианство влияние на европейскую цивилизацию. Катастрофы как бы прерывают связь, цепь поколений, предполагают ее творение, возникновение заново. В связи с этим в европейской культуре была распространена вера в периодическое самозарождение организмов под влиянием естественных или сверхъестественных причин.

§ 90. Современные представления о происхождении жизни

1. Какова роль ДНК и РНК в клетке?

2. Что такое генетический код?

3. Что такое ферменты? Какова роль ферментов в клетке?

Гипотеза абиогенного зарождения жизни в процессе биохимической эволюции с научной точки зрения является наиболее разработанной. Но спорными остаются вопросы о том, где и когда происходил абиогенный синтез органических соединений, а главное, как произошел качественный скачок от неживого к живому.

Сейчас достоверно известно, что образование соединений углерода протекает практически на всех космических объектах, но условия, необходимые для возникновения предклеточных структур и далее первичных организмов, по мнению ученых, могли возникнуть лишь на планетах типа Земли.

Многие ученые считают, что значительная часть органических соединений могла образоваться за пределами Земли и попасть на сформировавшуюся планету с космическими телами.

Наиболее сложно объяснимым является вопрос, как произошло объединение двух функций – каталитической, присущей белкам-ферментам, и информационно-генетической, которую выполняют нуклеиновые кислоты (ДНК). Ведь только в этом случае возможен качественный скачок от неживого к живому.

Сторонники биохимической эволюции считали, что на протяжении многих миллионов лет в «первичном бульоне» происходили постоянные взаимодействия различных молекул, которые в конечном счете привели к случайному удачному сочетанию и образованию такого белково-нуклеинового комплекса в пробионте. Но их оппоненты совершенно справедливо отмечают, что вероятность такой счастливой случайности практически равна нулю.

Возможно, ключ к пониманию данной проблемы дают открытия, сделанные при изучении РНК.

Считалось, что носителем генетической информации является только ДНК, но оказалось, что некоторые РНК имеют явно выраженную каталитическую активность и способны к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов. Таким образом, древняя РНК могла совмещать в себе каталитические и информационно-генетические функции, что обеспечивало макромолекулярной системе способность к саморепродукции.

Если данное предположение верно, то, очевидно, дальнейшая эволюция шла в направлении РНК → белок → ДНК.

Эволюционное развитие столь сложного механизма еще недостаточно выяснено. Бесспорным является то, что в системе генетического кодирования РНК заменилась на ДНК, которая обеспечивает большую стабильность хранимой генетической информации. За РНК закрепилась функция «посредника»: она переносит информацию от ДНК к белку. Для всех ныне существующих живых организмов характерно именно такое направление потока информации: ДНК → РНК → белок.

Таким образом, в настоящее время мы не можем считать, что проблема происхождения жизни решена, а можем лишь говорить, что ученые продолжают искать наиболее перспективные пути ее решения.

Гипотеза абиогенного зарождения жизни.

1. Почему ученые считают гипотезу абиогенного зарождения жизни в процессе биохимической эволюции наиболее приемлемой?

2. Какая проблема в гипотезе абиогенного зарождения жизни является наиболее сложной?

3. Почему ученые считают, что открытия, сделанные при изучении РНК, могут дать ключ к решению проблемы возникновения жизни?

Примите участие в диспуте «Возникновение жизни на Земле». Выскажите свою точку зрения по этому вопросу.

Экспериментально было установлено, что в искусственных условиях, имитирующих те, которые, как полагают, были на первобытной Земле, первыми образуются цепочки РНК, а не ДНК или белков. В связи с этим можно предположить, что в результате каких-то неизвестных нам событий и процессов РНК-подобные полинуклеотиды со временем приобрели способность направлять сборку белков, а белки-ферменты, в свою очередь, стали катализировать синтез новых копий РНК с большей эффективностью.

Данное произведение размещено по согласованию с ООО «ЛитРес» (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.

Источник