44. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ: КРЕАЦИОНИЗМ
В настоящее время существует несколько концепций возникновения жизни на Земле, среди которых наибольший интерес представляют креационизм, панспермизм, витализм и эволюционизм. Рассмотрим кратко каждую из этих концепций.
Креационизм (от лат. creatio – создание) – биологическая концепция, трактующая многообразие форм органического мира как акт божественного творения.
Концепции креационизма придерживались и придерживаются сейчас многие видные ученые, среди которых шведский естествоиспытатель, создатель систематики растительного и животного мира К. Линней (1707–1778) и французский анатом, зоолог и палеонтолог Ж. Кювье (1769–1832). Они считали, что только с позиций креационизма можно объяснить неизменный видовой состав биологических систем и отсутствие переходных форм живых организмов от одного вида к другому. Наблюдаемая экспериментально изменчивость свойств биологических систем под действием внешних и внутренних факторов происходит только в пределах каждого конкретного вида.
Данные палеонтологии (науки о вымерших растениях и животных, сохранившихся в виде остатков, отпечатков и следов их жизнедеятельности, о смене их во времени и пространстве), основателем которой считается Кювье, свидетельствуют о том, что на Земле время от времени происходила смена видов. Для объяснения этого факта Кювье в 1812 году была разработана теория катастроф, согласно которой стихийные бедствия, происходившие на Земле, приводили к уничтожению жизни на больших территориях. После этого Творцом жизнь создавалась заново, но уже в измененном виде.
Отметим, что в рамках концепции креационизма проблема возникновения жизни на Земле решается не в сфере науки, а в сфере веры.
45. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ: ПАНСПЕРМИЗМ И ВИТАЛИЗМ
Панспермизм предполагает занесение жизни на поверхность Земли из Космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного заселения планеты разумными пришельцами из других миров. Теоретические основы этой концепции были разработаны немецким биологом Г. Рихтером (1818–1876) и шведским ученым С. Аррениусом (1859–1927). В соответствии с этой теорией в космическом пространстве существуют так называемые "споры жизни", которые, попадая в благоприятные условия на поверхности Земли, могут стать зародышами многочисленных биологических структур.
Прямых свидетельств в пользу космического происхождения жизни в настоящее время не существует. Однако Космос может быть поставщиком низкомолекулярных органических соединений, которые могут находиться в составе выпадающих на Землю метеоритов, частиц близко пролетающих комет и космической пыли. В некоторых из свежевыпавших на Землю метеоритах обнаружен ряд аминокислот, которые могут служить строительным материалом для белковых молекул. Подсчитано, что Земля, проходя через пылевое облако в течение 1 млрд лет, могла получить с космической пылью 10 кг органического материала.
Витализм (от лат. vitalis – жизненный) предполагает обусловленность жизненных явлений в биологических системах присутствием в них особой нематериальной, непознаваемой сверхъестественной силы. В трактовке сущности живого витализм исходит из представлений об абсолютности различия явлений органической и неорганической природы. Зарождение витализма происходило во времена античности. Так, древнегреческий философ Платон говорил о бессмертной душе – "психее", оживляющей растительный и животный мир, а его ученик философ и ученый Аристотель выдвинул идею о существовании особой нематериальной силы "энтелехии", управляющей явлениями живой природы. Наиболее ярко витализм проявился во взглядах греческого философа Плотина (204–270), который утверждал наличие в живой природе особого "животворящего духа". Имеется предположение, что им впервые было выдвинуто понятие "жизненной силы", которое было использовано в последующих виталистических теориях.
Значительный вклад в развитие концепции витализма внесли немецкий врач и химик Г. Шталь (1660–1734), немецкий биолог X. Дриш (1867–1941), американский ботаник Э. Синнотт и др. Виталисты пытаются доказать нематериальный характер жизни и невозможность понять ее сущность. Так, Синнотт в работе "Материя, дух и человек" пишет о том, что живая природа, в отличие от неживой, организуется и управляется особым творческим началом, которое является одним из атрибутов Бога. Принципиально иной точки зрения придерживаются сторонники эволюционной теории.
46. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ: ЭВОЛЮЦИОНИЗМ
Эволюционизм утверждает, что разрыва между живой и неживой природой не существует и что жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным образование органических веществ из неорганических. Идеи эволюционизма впервые были сформулированы французским биологом Ж. – Б. Ламарком (1744–1829). В работе "Философия зоологии", опубликованной в 1809 году, он разработал основы естественной классификации животных и обосновал идею постепенного развития во времени живой природы под воздействием естественных причин. Развитие организмов обусловлено внутренне присущим им стремлением к совершенству и вынужденной необходимостью приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды. Ламарк придерживался мнения, что изменчивость ничем не ограничена, она постоянно и непрерывно размывает межвидовые границы, приводя к возможности перехода одного вида в другой.
Суть эволюционного учения Ламарка отражают два закона, сформулированные им. Первый закон утверждает, что постоянное употребление органа ведет к его усилению, а неупотребление – к ослаблению и исчезновению. Второй закон гласит, что под действием постоянных упражнений или неупражнений органы изменяются и возникшие изменения наследуются. Положения об эволюции органического мира Ламарк распространил и на объяснение происхождения человека от высших "четвероруких обезьян".
Дальнейшее развитие концепция эволюционизма получила в работах английского биолога Ч. Дарвина (1809–1882), среди которых особое место занимает фундаментальный труд "Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь", опубликованный в 1859 году.
47. ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА: ЧЕЛОВЕК УМЕЛЫЙ
Эволюция человека (антропогенез) включает в себя следующие наиболее важные ступени: австралопитек, питекантроп, синантроп, неандерталец, кроманьонский человек.
Первым звеном в длинной цепочке, которая привела к появлению человека, был австралопитек (буквально – южная обезьяна). В 1924 году в пещере Тонг в Южной Африке был найден череп ребенка, который был тщательно исследован врачом-анатомом Р. Дартом, объявившим на основании этих исследований об открытии обезьяны, относящейся к промежуточному виду приматов между современными человекообразными обезьянами и человеком. Особи этого вида приматов были названы им австралопитеками.
Австралопитеки – маленькие двуногие существа, ареал распространения которых захватывал Восточную, Южную и Центральную Африку в период от 4 до 1 млн лет назад. Они имели рост 100–150 см, среднюю массу около 50 кг, объем черепной коробки 400–500 см и массивную вытянутую морду. Австралопитеки жили стадами, были способны создавать орудия труда (грубо обитые камни), но не умели пользоваться огнем.
На современном уровне познания самым древним представителем рода Homo (человеческого) признается Homo habilis – "человек умелый". Впервые останки человека умелого обнаружила в ущелье Олдовай в Танзании М. Лики. Человек умелый появился в Восточной Африке примерно 2,4 млн лет назад. По сравнению с австралопитеком он имел больший объем черепной коробки (650–800 см), более компактную морду и более изящный зубной аппарат. Человек умелый изготавливал и широко использовал в быту различные орудия из камня.
48. ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА: ЧЕЛОВЕК ПРЯМОХОДЯЩИЙ И ЧЕЛОВЕК РАЗУМНЫЙ
От Homo habilis произошел самый древний Homo erectus – "человек прямоходящий". Homo erectus появились около 1,7 млн лет назад в районе озера Туркана в Кении и оттуда распространились в Северную Африку, Азию и Европу. Рост человека прямоходящего достигал 170 см, объем черепной коробки составлял от 750 до 1200 см, он имел мощный, но типично человеческий зубной аппарат. Будучи основными действующими лицами на сцене древнего мира в течение около 1,5 млн лет, Homo erectus впервые научились добывать огонь. Именно они постепенно становятся искусными охотниками и обустраивают первые жилища. Изобретя новую технологию резьбы по камню, они изготавливают ножи, рубила, скребки, сверла. Сегодня многие ученые уверены, что Homo erectus более или менее успешно общались между собой с помощью слов.
К виду Homo erectus относят питекантропа (буквально – "обезьяно-человек"), останки которого были найдены на острове Ява в 1891 году, жившего там приблизительно 500 тыс. лет назад, и синантропа ("китайский человек"), останки которого обнаружены в 1927 году в Китае около Пекина, их возраст приблизительно 400 тыс. лет. Несколько захоронений Homo erectus обнаружено и в Европе, их возраст 400-1500 тыс. лет.
В течение последних 200 тыс. лет человечество активно развивалось. Одно за другим появлялись технические нововведения, у человека стали возникать духовные интересы, появились эстетические чувства. Некоторые ученые считают, что с этого момента культурная эволюция начинает преобладать над эволюцией биологической. В этот период в среде Homo erectus зародился новый вид человека Homo sapiens – "человекразумный". Homo sapiens имел уже объем черепной коробки в среднем 1400 см, развитые лобные доли мозга и уменьшенную вытянутость лица. Различают архаичную ветвь человека разумного, к которой относят неандертальцев, и более эволюционно продвинутую ветвь – Homo sapiens sapiens,которая появилась 100 тыс. лет назад и является прототипом современного человечества.
Впервые останки неандертальцев были найдены в 1856 году в Германии в долине Неандерталь. Неандертальцы жили в период от 200 тыс. до 35 тыс. лет до н. э. на территории Европы, Азии и Африки. Неандертальцы носили одежду из шкур животных, жили в пещерах или строили жилища. Их рост был чуть ниже, чем рост современного человека, ходили они, немного согнув ноги в коленях; черепная коробка с объемом 1200–1400 см у них была низкой, лоб покатый с надбровными дугами. Неандертальцы охотились на мамонтов, хоронили своих умерших сородичей.
49. ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА: СОВРЕМЕННЫЙ ЧЕЛОВЕК
По неизвестным причинам к 35-тысячному году до н. э. неандертальцы исчезли, уступив место современному человеку, не обладающему ни одной из физических черт, характерных для неандертальцев. Большинство антропологов допускают, что появление современного человека в Европе не может быть связано с эволюцией, которая, кстати, началась на этом месте после неандертальцев. В этот период появляются новые технологии в обработке камня и кости, в изготовлении метательных орудий и, кроме того, изобразительное искусство.
Это совпадение между фактами биологическими и фактами культурными склоняет к мысли, что замещение неандертальцев осуществлялось после заселения Западной Европы современными людьми, пришедшими с Востока. Предполагается, что два народа смешались и произошло скрещивание. Пришельцы с Востока имели вытянутый череп с высоким лбом, лицо с выступающими скулами и хорошо выраженный подбородок – это были первые современные люди, Homo sapiens sapiens, прямые предки кроманьонцев.
Впервые останки кроманьонца были обнаружены в 1868 году во Франции в пещере Кро-Маньон. Кроманьонцы появились в Европе 35 тыс. лет назад. Они имели рост около 180 см, их внешний облик и размер черепной коробки (1400–1600 см) были близки к современному человеку. Одним из наиболее поразительных аспектов развития кроманьонцев является расцвет эстетических чувств, напрямую связанных с религией или с волшебством, которые выражались посредством гравюр, рисунков, скульптур и украшений. На период 16–11 тыс. лет назад приходится расцвет наскальной живописи благодаря людям, жившим охотой, рыбной ловлей и собирательством плодов дикорастущих растений, людям эпохи, названной веком северного оленя. Наскальная живопись почти полностью исчезла как искусство 10 тыс. лет назад, т. е. к моменту завершения последнего ледникового периода. После этого человеку хватило всего несколько тысячелетий, чтобы приручить животных, использовать растения, овладеть гончарным ремеслом, открыть металлургию.
В течение последних нескольких тысячелетий биологическая эволюция человека значительно замедлилась в пользу культурной эволюции, темпы которой беспрерывно увеличиваются. Биологические процессы, которые привели нас от обезьяны к человеку, по сравнению с культурным развитием, очень медленны. В самом деле, механизмы естественного отбора не позволяют передавать приобретенные признаки от одного поколения к другому. Биологические изменения ощутимы только на шкале геологических времен. В случае культурной эволюции изменения происходят очень быстро, так как каждое поколение непрерывно передает свои достижения последующему.
50. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ: ЯДРО И ЦИТОПЛАЗМА
Клетки как растений, так и животных отделены от своего окружения плазматической мембраной. Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей – ядра и цитоплазмы.
Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока (нуклеоплазмы), ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) клетки от цитоплазмы и в регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы. Основу ядерного сока составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении функционирования генетического материала.
Ядрышко представляет собой плотное округлое тельце, располагающееся в ядерном соке. В ядре клетки в зависимости от ее функционального состояния число ядрышек колеблется от 1 до 5–7 и более. Ядрышко не является самостоятельным органоидом клетки. Оно лишено мембраны и образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура рибосомных рибонуклеиновых кислот (рРНК). Этот участок носит название ядрышкового организатора; на нем синтезируется рРНК. Кроме накопления рРНК, в ядрышке формируются рибосомы, которые затем перемещаются в цитоплазму.
Хроматин представлен в виде глыбок, гранул и сетевидных структур, хорошо окрашивающихся некоторыми красителями. Хроматин содержит дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом.
В цитоплазме различают основное вещество (матрикс), органеллы и включения. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между клеточной оболочкой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Оно образует внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.
Органеллы – это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции. Существуют органеллы, свойственные всем клеткам, – это митохондрии, клеточный центр, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы, пероксисомы, и есть органеллы, свойственные только определенным типам клеток, например, отвечающие за окрашивание мышц, за реснички эпителия трахеи и бронхов.
Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген) и являются продуктами, подлежащими выведению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты).
51. КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ
Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла). Клеточный цикл – это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели. Важным компонентом клеточного цикла является митотический цикл – комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении.
Митоз – способ деления клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений.
После завершения митоза клетка может вступить в период подготовки к синтезу ДНК. В течение этого периода в клетке усиленно синтезируются РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в биосинтезе ДНК. После завершения фазы подготовки клетка приступает к синтезу ДНК или ее редупликации – удвоению. Продолжительность синтеза ДНК – S-фазы митотического цикла – в разных клетках неодинакова: от нескольких минут у бактерий до 6-12 часов в клетках млекопитающих.
После завершения синтеза ДНК клетка, как правило, начинает делиться не сразу. В этот период завершается подготовка клетки к митозу. Для осуществления митотического деления клетки необходимы и другие подготовительные процессы, в том числе удвоение центриолей, синтез белков, из которых строится ахроматиновое веретено, завершение роста клетки. При вступлении клетки в митоз меняется ее функциональная активность: прекращается амебоидальное движение у простейших и у лейкоцитов высших животных; поглощение жидкости и деятельность сократительных вакуолей у амеб; часто исчезают специфические структуры клетки (например, реснички эпителиальных клеток).