миллиардов лет назад, жизнь на ней возникла около 3,8 млрд. лет назад. Австралийскими учеными в древних породах были обнаружены минералы, изотопный возраст которых превышает 4 млрд. лет. Следовательно, возраст Земли — более 4 млрд. лет. В породах возрастом около 3,5 млрд лет были обнаружены отпечатки организмов, похожих на современных бактерий. Бактерии не имеют ядра в отличие от эукариотических (ядерных) клеток.
Первые эукариоты появились около 2 миллиардов лет назад. По этому поводу существует несколько гипотез, которые будут рассмотрены ниже. Многоклеточных появились, видимо, более 600 миллионов лет назад, данные об этом появились тоже благодаря ископаемым породам. Что же касается млекопитающих, то они появились в эволюционных масштабах недавно, всего 200 млн. лет назад.
Ближайшим родственником человека, имеющий общего с нами предка, считается шимпанзе. Шимпанзе и человек имели общего предка 5,4 миллиона лет назад, примерно в это время ветви, ведущие к человеку и шимпанзе, разделились. Около 2 миллионов лет назад у человека появились первые примитивные орудия труда. Предком человека современного типа был вид Homo erectus (человек прямоходящий). Человек современного анатомического типа появился примерно 100–150 тысяч лет назад. Представления о происхождении человека, его родстве с представителями живого мира были получены при сравнении строения тела человека и других животных, данных сравнительной эмбриологии, исследования костных останков вымерших видов — данных археологии и палеонтологии, а за последние десятилетия также и при сравнении ДНК разных организмов. На основе этих данных восстановлен общих ход развития жизни на Земле, но ответить на вопрос, почему жизнь появилась; почему она усложнялась; что способствовало ее усложнению; каким образом из аминокислот, нуклеотидов и другого материала получилась такая сложная функционирующая система, почему очень просто устроенные организмы в ходе эволюции все более и более усложняли свою структуру — полностью пока не удается. Эти вопросы обсуждаются в теории эволюции. Дарвин был не первый, кто выдвинул идею эволюции, но он сумел обобщить и преподнести те идеи, которые существовали до него, так, чтобы они были восприняты обществом, и сумел развить их в своей теории. Причем его работа попала в круг всеобщего внимания не только среди ученых, но и среди широкой публики. В то время, когда основной темой для диспутов в ученых кругах была теория естественного отбора (то есть эволюционируют ли виды под действием естественного отбора или по другой причине), общественность обсуждала вопрос о том, от кого все-таки произошел человек: от Бога или от обезьяны.
Со времен теории Дарвина было проведено много новых исследований, возникли новые теории эволюции. Основатель учения, называемого антропософией, Штайнер, считал, что эволюция идет не от простого к сложному, а наоборот. Объединение идей генетики и теории эволюции привели к появлению так называемой синтетической теории эволюции, которая ответила на многие вопросы. Но, тем не менее, есть вопросы, на которые и эта теория не может ответить. Есть направление, называемое креационизмом, последователи которого утверждают, что все виды созданы Богом. Они неизменны, не могут совершенствоваться. Существование палеонтологической летописи, то есть появление и исчезновение видов в истории Земли, с точки зрения креационистов следует объяснить тем, что Бог поместил эти виды на Землю, а потом изъял их. Креационисты проводят достаточно интересные расчеты, связанные, например, с тем, какие и сколько видов животных имел возможность Ной собрать в своем ковчеге, каких размеров должен быть этот ковчег. Рыб и растений, по их теории не надо было брать, так как они могли выжить в воде сами. С их точки зрения, Ной мог взять молодых животных, которые были более жизнеспособны, и занимали меньше места, таким образом, они высчитали определенный минимум видов животных, который обеспечил разнообразие жизни на Земле сегодня. Креационисты находят слабые места в дарвиновской теории эволюции, задают вопросы, ответы на которые эволюционистам приходится искать.
В нашем курсе мы рассмотрим все уровни жизни, от молекулярных структур до экологических систем, от биохимических процессов в клетке до процессов, происходящих на биосферном уровне
Метаболические циклы включают в себя процессы анаболизма (расщепление более сложных веществ на простые) и катаболизма (объединение простых веществ в более сложные). У нас с растениями и бактериями есть некоторые общие процессы, поэтому, в частности, растения и лечат. Некоторые отдельные циклы мы будем рассматривать на следующих лекциях. Все процессы идут согласовано друг с другом, так как продукты одних реакций являются субстратами следующих, и таким образом, скорость всех реакций сопряжена.
Ниже представлен цикл Кребса — основной энергетический цикл клеток. Этот цикл обеспечивает клетку энергией, в его ходе синтезируется АТФ.
Как могла возникнуть такая сложная система? Есть некоторые ученые, считающие, что жизнь на Землю была занесена из Космоса. Эта концепция называется теорией панспермии. Они считают, что на Земле было слишком мало времени, чтобы возникла такая сложная система, как живая клетка. И в качестве иллюстрации абсурдности подобных предположений проводят следующее сравнение. Дескать, у обезьяны, усаженной за пишущую машинку, больше шансов отпечатать сонет Шекспира, чем у жизни возникнуть на Земле из аминокислот, нуклеотидов и других веществ, из которых состоит клетка. Но у данного сравнения есть слабое место. Рассуждая по аналогии, приведем следующий пример. Шекспир, в отличие от обезьяны, складывал свои сонеты не из отдельных букв. В его распоряжении были готовые сюжеты, которые он заимствовал из других произведений, он пользовался английской грамматикой, знал правила драматургии. То есть он творил не из отдельных элементов, а из готовых блоков.
Концепция блочной эволюции как раз и утверждает, что эволюция происходит не из отдельных молекул, каждый раз создавая что-то новое практически с нуля, а из уже готовых блоков. Как же могла возникнуть жизнь? На самом деле, метаболические циклы возникли тоже не сразу. Можно выделить несколько уровней реакций. И вот самые простые циклы сопрягались с другими, и получались системы биохимических реакций, циклов. Существует интересная теория, описывающая возможный процесс возникновения самого первого такого цикла, ставящая под сомнение необходимость занесения готовых процессов из Космоса. Когда Земля еще только остывала, и не было еще никаких бактерий, но Земля вращалась вокруг своей оси, и на нее светило Солнце. Существовали уже ночь и день (возможно, также зима и лето). И «ночью» происходили процессы конденсации, а «днем» — возгонки и конвекции. Возможно, эти процессы, были не чисто физическими, но также и химическими. То есть происходили следующие процессы: на свету, «днем», синтезировались вещества, которые в тени, «ночью», распадались на более простые. И такие циклические реакции могли происходить в масштабах всей планеты. Если процесс днем "успевал" запасти столько энергии, что за ночь не "умирал", то
