§ 48. Основные события в истории жизни на Земле

Вопрос 1. Какое, на ваш взгляд, суждение истинное? Каков основной вопрос урока?

Какие важнейшие события в развитии жизни на Земле определили её путь к современному состоянию биосферы?

Вопрос 2. В чём различие авто- и гетеротрофов? (§ 8)

Автотрофы-организмы, которые потребляют энергию из солнца (растения, цианобактерии) и сами синтезируют органические вещества из неорганических.

Гетеротрофы-организмы, у которых синтез неорганических веществ не происходит, они питаются готовыми органическими веществами (животные, грибы, бактерии).

Что такое фотосинтез и хемосинтез? (§ 8)

Фотосинтез – процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл у бактерий и бактериородопсин у архей).

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями.

Чем различаются про- и эукариоты? (§ 5)

Все живые организмы на Земле делятся на две группы: прокариот и эукариот.

Эукариоты – это растения, животные и грибы. Прокариоты – это бактерии (в том числе цианобактерии, они же "сине-зеленые водоросли").

Главное отличие. У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия. 1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое ("прямым" делением, в отличие от "непрямого" – митоза). 2) У прокариот рибосомы мелкие (70S), а у эукариот – крупные (80S). 3) У эукариот имеется множество органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д. Вместо мембранных органоидов у прокариот есть мезосомы – выросты плазматической мембраны, похожие на кристы митохондрий. 4) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

Сходство. Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.

Какие организмы относятся к продуцентам, консументам и редуцентам? (§ 25)

К продуцентам относятся автотрофы — живые организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических (растения, некоторые бактерии). Чаще всего продуцентами являются растения или же цианобактерии. Например, липа, подорожник, ежа сборная, клен, береза, ландыш майскиц, сосна и многие другие. К консументам относятся гетеротрофы — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются органические вещества, произведённые другими организмами. Например, волк, медведь, тюлень, белка-летяга, чайка, колибри, носорог и многие другие. К редуцентам относятся организмы, разлагающие органические вещества до минеральных. Редуцентами являются большая часть бактерий, грибы, некоторые животные (черви, насекомые).

Вопрос 3. Какие известные вам организмы первыми начали не только потреблять, но и производить органику?

Бактерии.

Вопрос 4. Чем ограничивался рост разнообразия организмов в эпоху кислородной революции?

Количеством кислорода в атмосфере.

Вопрос 5. Назовите основные отличия клетки эукариот от бактериальной клетки. (§ 5)

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид). У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое ("прямым" делением, в отличие от "непрямого" – митоза).

2) У прокариот рибосомы мелкие (70S), а у эукариот – крупные (80S).

3) У эукариот имеется множество органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д. Вместо мембранных органоидов у прокариот есть мезосомы – выросты плазматической мембраны, похожие на кристы митохондрий.

4) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

Вопрос 6. От каких прокариот произошли митохондрии, жгутики и хлоропласты? Какие симбионты дали начало различным царствам эукариот?

По данному рисунку.

Митохондрии произошли от аэробных бактерий, жгутики произошли от спирохетоподобных бактерий, а хлоропласты произошли от синезеленых водорослей.

Царствам Животные и Грибы дали начало аэробные, спирохетоподобные бактерии и безъядерная клетка. Царству Растения дали начало аэробные бактерии, безъядерная клетка и синезеленые водоросли.

Вопрос 7. Линейные размеры эукариотической клетки превосходят клетку прокариот приблизительно в 10 раз. Во сколько раз при этом изменилось отношение площади её поверхности к объёму? (Представьте прокариотическую клетку в виде куба с длиной ребра 1.)

У прокариотической клетки отношение площади её поверхности к объёму составляет 6:1. У эукариотической клетки это соотношение равно 6:10.

Вопрос 8. Назовите положительные и отрицательные стороны ослабления связи с внешней средой.

Плюсы: автономия функций клетки, что позволяет создать более надёжную регуляторную систему; некая независимость организма от условий внешней среды.

Минусы: нужно было упорядочить внутреннее строение клетки и организма в целом.

Вопрос 9. Объясните значение этих процессов. (При необходимости обратитесь к § 5.)

Принцип компартментализации клеток эукариот постулирует, что биохимические процессы в клетке локализованы в определённых отсеках, покрытых оболочкой из бислоя липидов. Большинство органоидов в эукариотической клетке являются компартментами — митохондрии, хлоропласты, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, ядро клетки и аппарат Гольджи. Внутри компартментов, окруженных биослоем липидов, могут существовать различные значения pH, функционировать разные ферментативные системы. Принцип компартментализации позволяет клетке выполнять разные метаболические процессы одновременно.

Цитоскелет — это клеточный каркас или скелет, находящийся в цитоплазме живой клетки. Он присутствует во всех клетках эукариот, причем в клетках прокариот обнаружены гомологи всех белков цитоскелета эукариот.

Возможно, цитоскелет эволюционировала от прокариотической клетки до эукариотической. Цитоскелет — динамичная, изменяющаяся структура, в функции которой входит поддержание и адаптация формы клетки ко внешним воздействиям, экзо- и эндоцитоз, обеспечение движения клетки как целого, активный внутриклеточный транспорт и клеточное деление.

Вопрос 10. Что такое озон и озоновый экран? Какова его роль? (География)

Озон — состоящая из трёхатомных молекул O3 аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго (разновидность синего цвета, средний между тёмно-синим и фиолетовым). В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.

Озоновый экран – слой атмосферы, отличающийся повышенной концентрацией озона и поглощающий ультрафиолетовое излучение, гибельное для организмов. Наибольшая плотность озонового экрана на высоте 20-25 км. Он защищает поверхность Земли и предохраняет живые организмы от опасного для живых существ ультрафиолетового излучения Солнца.

Вопрос 11. Какова роль проводящей системы высших растений и как она работает? (5–6 класс)

Проводящая система высших растений осуществляет передвижение растворённых питательных веществ по растению в двух направлениях (вверх и вниз). Проводящая ткань образует в теле растения непрерывную разветвлённую сеть, соединяющую все его органы в единую систему — от тончайших корешков до молодых побегов, почек и кончиков листа.

У многих высших растений она представлена проводящими элементами (сосудами и ситовидными трубками). В стенках проводящих элементов есть поры и сквозные отверстия, облегчающие передвижение веществ от клетки к клетке. Проводящие ткани растений — это ксилема (древесина) и флоэма (луб). По ксилеме (из корня в стебель) идёт восходящий ток воды с растворёнными в ней минеральными солями. По флоэме — более слабый и медленный ток воды и органических веществ.

Вопрос 12. Вспомните, какие преимущества дают два круга кровообращения вместо одного. (7 класс)

Кровь проходит через сердце дважды. Лучшее снабжение кислородом тканей. Один круг кровообращения имеет функцию газообмена, а другой – снабжение кислородом и другими веществами дргих оргпнов тела. При наличии одного круга кровообращения эти функции выполняет он один.

Скорость крови при наличии одного круга кровообращения меньше, чем при наличии двух кругов.

Вопрос 13. Каково планетарное значение возникновения фотосинтеза?

Фотосинтез – процесс необходимый для жизндеятельности не только самих растений, но и животных. Он является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. В ходе фотосинтеза поглощается CO2 и выделяется О2, необходимый для дыхания.

Фотосинтез послужил толчком к появлению на земле растений, без которого не возможна была бы дальнейшая эволюция живых организмов.

Вопрос 14. Как появилась эукариотная клетка? В чём её достоинства?

Относительно того, каким образом возникли эукариоты, существуют несколько гипотез.

Одна из них (аутогенная гипотеза) предполагает, что эукарио-тическая клетка возникла путем дифференциации исходной прокариотической клетки. Вначале развился мембранный комплекс: образовалась наружная клеточная мембрана с впячиваниями внутрь клетки, из которой сформировались отдельные структуры, давшие начало клеточным органоидам.

Вторая версия предполагает, что эукариоты – есть результат симбиоза между обычной бактерией и археей. Последние имеют множество особенностей, общих с эукариотами. Т. е., возможно, что археи – это переходная форма от бактерий к эукариотам.

Достоинства эукариотической клетки: есть ядро, в котором хранится генетический материал, а также целый набор клеточных органоидов, сделанных из липидных мембран; кроме того, у эукариот есть масса отличий на уровне самых базовых молекулярных процессов, как-то: синтез белка, репликация ДНК и т. д.

Вопрос 15. Почему укрупнение размеров живых организмов невозможно без появления многоклеточности? Как она возникала?

Потому что сильно увеличить размеры клетки невозможно, так как в этом случае затрудняется питание и дыхание через поверхность. Поэтому дальнейший рост размеров шёл по пути многоклеточности.

Многоклеточность, возможно, возникла путем объединения в колонию однородных эукариотических клеток. Это объединение позволило им специализироваться на различных функциях. Поскольку каждая клетка смогла лучше выполнять свою узкую задачу, эффективность работы всего организма повысилась. В соответствии с принципом положительной обратной связи это увеличило их взаимную зависимость и потребовало более тонкой регуляции.

Организм получил новый импульс в развитии. Появились специализированные ткани, вслед за ними органы. Для обеспечения жизнедеятельности, многоклеточному организму пришлось развивать системы-кровеносную, нервную, пищеварительнную, эндокринную и ряд других, что в результате привело к ускоренноой эволюции всего живого.

Вопрос 16. Почему в начале палеозойской эры (кембрий) разнообразие ископаемых остатков резко возросло?

Дело в том, что все многоклеточные докембрия были мягкотелыми. В кембрии же в массе появились животные, обладающие жёстким скелетом, а остатки скелетов в ископаемом состоянии сохраняются гораздо лучше, чем мягкие ткани.

Вопрос 17. В чём причина более позднего освоения жизнью суши по сравнению с океаном?

Древнейшая жизнь активно развивалась в море. На суше условия жизни были более агрессивными и гораздо менее постоянными. Решающим событием для освоения суши явилось появление кислородной атмосферы, а затем и озонового экрана.

Вопрос 18. Составьте таблицу из описанных в параграфе эволюционных событий и определите их примерный возраст с помощью схемы в конце этого параграфа и геохронологической шкалы на с. 298.

Вопрос 19. Объясните, почему, на ваш взгляд, авторы избрали именно эти события в качестве важнейших шагов в эволюции живого.

Эти события, с моей точки зрения, являются ароморфозами организмов, определяющими направление биологической эволюции.