§38. Основні методи селекції рослин і тварин. Класифікація садових рослин

Вступ

1. Поняття про сорт і породі

2. Центри різноманіття і походження культурних рослин

3. Поняття про зростання і розвитку

4. Вікові періоди зростання і розвитку

плодового дерева

висновок

Список використаної літератури

Вступ

Плодівництво є галузь сільського господарства, об'єктами культури якої є багаторічні рослини, що утворюють їстівні плоди.

Значення плодівництва в житті людини велике. Фрукти - прекрасні харчові продукти. Вони містять в легкозасвоюваних формах багато цукру, органічні кислоти. До складу плодів і ягід входять білки, жири, мінеральні солі, дубильні, пектинові, ароматичні та інші речовини.

Плоди багаті біологічно активними сполуками, в першу чергу вітамінами. Вони містять вітаміни А, В1, В2, В6, С, РР і інші.

Мінімальна загальна потреба людини в плодах і ягодах за медичними нормами становить 100 кг на рік.

Велико лікувальне значення плодів. Біологічно активні речовини здатні надати безпосередньо лікувальну дію на організм людини.

Систематичне вживання фруктів сприяє попередженню таких захворювань, як серцево-судинні (атеросклероз, гіпертонія, гіпотонія), захворювання крові, гіпо- і авітамінози, шлунково-кишкові (гастрит, виразкова хвороба), а також інфекційні захворювання (дизентерія).

Велике значення фруктів у переробній промисловості. З них готують різноманітні вина, варення, компоти, джеми, желе, мармелад, сиропи, сухофрукти та інші продукти.

Істотну роль плодові культури виконують в екологічній системі. Великі масиви промислових насаджень, значна кількість плодових рослин в присадибних посадках сприяють оздоровленню атмосфери, зменшують силу вітру, надають естетичний вплив на людину. Багато плодові культури - хороші медоноси.

1. Поняття про сорт і породі

Видатний вітчизняний генетик і селекціонер, академік Н.И.Вавилов, визначаючи зміст і завдання сучасної селекції, вказував, що для успішної роботи зі створення сортів і порід слід вивчати і враховувати: вихідне сортове і видове різноманіття рослин і тварин, спадкову мінливість (мутації) , роль середовища в розвитку і прояві досліджуваних ознак, закономірності успадкування при гібридизації, форми штучного відбору, створені задля виділення закріплення бажаних ознак.

Що таке сорт чи порода.

Породою тварин або сортом рослин називають таку сукупність особин (популяцію), штучно створену людиною, яка характеризується певними спадковими особливостями: продуктивністю, морфологічними, фізіологічними ознаками.

Для кожної породи або сорту характерна певна реакція на навколишнє середовище. Позитивні якості породи і сорти найбільш повно проявляються лише за певних умов утримання, годівлі, агротехніки, при наявності комплексу певних кліматичних факторів. Тому породи і сорти, виведені в одній країні, далеко не завжди придатні для іншої грунтово-кліматичної зони.

У всіх країнах існує велика система наукових і науково-практичних установ: інститутів, селекційних станцій, племінних господарств, які планомірно займаються в загальнодержавному масштабі цієї складної роботою. Для перевірки новостворюваних сортів рослин в нашій країні існує велика мережа сортовипробувальних ділянок.

2. Центри різноманіття і походження культурних рослин

Чим різноманітніше вихідний матеріал, який використовується для селекції, тим більші можливості дає він для успішного створення сортів і тим ефективніше будуть результати селекції. Але де в природі шукати це різноманіття.

Н.І. Вавилов з співробітниками в результаті численних експедицій вивчив різноманіття і географічне поширення культурних рослин. Експедиціями були охоплені вся територія колишнього Радянського Союзу і багато зарубіжних країн: Іран, Афганістан, країни Середземномор'я, Ефіопія, Центральна Азія, Японія, Північна, Центральна і Південна Америка та ін.

Під час цих поїздок було вивчено близько 1600 видів культурних рослин. З експедицій були привезені тисячі зразків насіння, які висували в розплідниках Всесоюзного інституту рослинництва, розташованих в різних географічних зонах колишнього СРСР. Робота з вивчення світового різноманіття культурних рослин триває і в даний час. Ці найцінніші, весь час поповнюються унікальні колекції служать матеріалом для селекційної роботи.

В результаті вивчення всього цього колосального матеріалу Н.І. Вавилов встановив важливі закономірності, показавши, що не у всіх географічних зонах культурні рослини мають однаковий різноманітністю.

Для різних культур існують свої центри різноманіття, де зосереджена найбільша кількість сортів, різновидів, різноманітних спадкових ухилень. Ці центри різноманіття є і районами походження сортів даної культури. Більшість центрів збігається з давніми осередками землеробства. Це в основному не рівнинні, а гірські райони.

Таких центрів різноманіття Н.І. Вавилов нарахував спочатку 8. У більш пізніх роботах він розрізняє 7 основних центрів.

1. Південноазійський тропічний центр. Тропічна Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії. Виключно багатий культурними рослинами (близько половини відомих видів культурних рослин). Родина рису, цукрової тростини, безліч плодових і овочевих рослин.

2. Східноазіатський центр. Центральний і Східний Китай, Японія, острів Тайвань, Корея. Родина сої, кількох видів проса, безлічі плодових і овочевих культур. Цей центр теж багатий видами культурних рослин - близько 20% світового різноманіття.

3. Південно-западноазіатского центр. Мала Азія, Середня Азія, Іран, Афганістан, Північно-Західна Індія. Родина декількох форм пшениці, жита, багатьох зернових, бобових, винограду, плодових. У ньому виникло 14% світової культурної флори.

4. Середземноморський центр. Срань, розташовані по берегах Середземного моря. Цей центр, де розташовувалися найбільші стародавні цивілізації, дав близько 11% видів культурних рослин. У їх числі маслини, багато кормові рослини (конюшина, сочевиця), багато овочеві (капуста) і кормові культури.

5. Абиссинский центр. Невеликий район Африканського материка (територія Ефіопії) з дуже своєрідною флорою культурних рослин. Очевидно, дуже древнє вогнище самобутньої землеробської культури. Родина зернового сорго, одного виду бананів, олійної рослини нуту, ряду особливих форм пшениці і ячменю.

6. Центральноамериканський центр. Південна Мексика. Родина кукурудзи, бавовнику, какао, ряду гарбузових, квасолі.

7. Андійський (Південноамериканський) центр. Включає частина району Андийского гірського хребта вздовж західного узбережжя Південної Америки. Родина багатьох клубненосного рослин, в тому числі картоплі, деяких лікарських рослин (кокаїновий кущ, хінне дерево і ін.).

Так, в селекції тварин не використовується самооплодотворение і вегетативне розмноження. Селекція тварин завжди пов'язана з підбором племінних виробників по потрібним людині ознаками. У підборі особин для схрещування неодмінно враховується їх генотип по родоводів, в яких зазначаються всі ознаки предків виробників, що цікавлять селекціонера. Число особин в потомстві тварин невелика, тому кожна гібридна особина представляє велику цінність для виявлення нових ознак і властивостей. Важливий також облік сукупності зовнішніх форм тварини - його екстер'єру, тому що багато ознак, наприклад продуктивності (молочність, м'ясистість), пов'язані з певною будовою тіла. Дана обставина зобов'язує в селекції тварин особливу увагу приділяти кореляційної (взаємозалежної) залежності між окремими ознаками, т. Е. Враховувати зчеплене успадкування ознак.

В птахівництві селекціонери намагаються виявити і закріпити зчеплені з підлогою ознаки, які проявляються вже у добових курчат. Адже дуже важливо в самому ранньому віці відібрати майбутніх  курей-несучок

і відсадити від них півників для вирощування на плем'я або для відгодівлі на м'ясо. Тому для виявлення статі курчат використовують ген повільної оперяемості - курочки швидше обростають пір'ям, ніж півники, і це помітно вже в перші дні після вилуплення. У яєчному птахівництві часто використовують зчеплену з підлогою забарвлення пера.

В гібридизації тварин особливо широко вживають два типи скре-

вання: близкородственное (інбридинг) і неродинне (аутбридинг). Інбридинг (від англ.in - «всередині» іbreeding- «розведення») - схрещування

особин, які мають спільних предків. Спільність походження, спорідненість схрещується організмів збільшують ймовірність присутності одних і тих же алелей будь-яких генів. Це веде до збільшення числа гомозиготних організмів, що важливо для збереження ознак, цінних з господарської точки зору.

Аутбридинг (англ.out - «поза») - схрещування неспоріднених особин одного і того ж виду. Неспорідненого має на увазі відсутність спільних предків в найближчих 4-6 поколіннях. Аутбридинг протиставляється інбридингу, так як в зв'язку з неспоріднених особин при їх схрещуванні збільшується ймовірність присутності у них різних алелей певних генів. Аутбридинг використовується для підвищення або збереження певної міри гетерозиготности особин.

Сучасні методи селекції тварин. В останніми роками селекція тварин збагатилася новими методами поліпшення порід.

1. У методиці схрещування стали застосовуватиштучне запліднення.

2. При розведенні сільськогосподарських тварин і в рибництві збільшення потомства цінних  тварин-виробників досягається шляхом створення умов для одночасного дозрівання декількох яйцеклітин. Яйцеклітини витягуються після запліднення і пересідають прийомним матерям менш цінних порід або менш продуктивним жіночим особинам тієї ж породи.

3. В даний час в селекції активно впроваджуються методиклонування - вирощування організмів з однієї клітини.

4. За допомогою мутагенів отримують мутації, що викликають чоловічу стерильність (використовувані далі в селекційних програмах), або маркують (мітять) хромосоми рецесивними летальними генами, що дозволяє контролювати збереження потомства одного потрібного статі.

Наприклад, індуковані гамма-променями перебудови хромосом успішно використовуються в селекції шовковичного шовкопряда. Відомо, що кокони самців цього шовкопряда на 25-30% продуктивніше

коконів самок (довжина нитки, цілісність кокона, покладених нитки в коконі і ін.). Тому шовківники прагнуть вигодовувати і розводити переважно самців. Оброблені гамма-променями самці при схрещуванні з будь-якої здорової самкою шовкопряда забезпечують загибель всього жіночого потомства і збереження чоловічого. Таким же способом обробляються самці деяких комах-шкідників сільськогосподарських культур і рослин лісу для біологічної боротьби з ними.

Сучасні методи практичної селекції, засновані на знаннях генетики, розсунули рамки можливостей створення нових, потрібних людині ознак і властивостей у домашніх тварин.

1. Навіщо в тваринницьких господарствах ведуть строгий облік ознак нащадків протягом ряду поколінь?

2 *. Чому центри одомашнення тварин збігаються з центрами походження культурних рослин?

3. Замініть виділені слова в кожному затвердження одним терміном.

Перетворення диких тварин в домашніх шляхом приручення, утримання та розведення зумовило розвиток тваринництва як галузі сільського господарства.

Близькоспоріднені схрещування особин, які мають спільних предків, широко використовується в гібридизації тварин.

4. Завершіть висловлювання.

Для підвищення або збереження певної міри

гетерозиготности особин в селекції тварин використовується ...

§ 31 Основні напрями селекції мікроорганізмів

Мікроорганізми (мікроби) - бактерії, мікроскопічні гриби і найпростіші - грають важливу роль в житті природи і людини. Вони використовуються в різних галузях промисловості (в хлібопеченні і виноробстві, у виробництві кормового білка, молочнокислих продуктів, антибіотиків, вітамінів, гормонів, амінокислот, ферментів), в сільському господарстві (при виробництві силосу), для біологічного захисту рослин та очищення стічних вод. У зв'язку з цим розвивається промислова мікробіологія і ведеться інтенсивна селекційна робота з виведення нових штамів мікроорганізмів з підвищеною продуктивністю речовин, необхідних людині.

Мікроорганізмам властива спадкова мінливість - мутації. За допомогою відбору мутацій створюються активні штами мікроорганізмів, цінних для людини. Особливо широко і успішно в створенні нових штамів використовується штучний (індукований) мутагенез.

Шляхом обробки цвілевих грибів актиноміцетів мутагенами отримують різні антибіотики, використовувані в медицині для порятунку життя людей при самих різних захворюваннях. Штучний мутагенез забезпечив створення цілого ряду високопродуктивних штамів мікроорганізмів, що виробляють вітаміни (наприклад, вітаміни В2, В12), білки і амінокислоти набагато ефективніше, ніж це роблять їх вихідні форми.

Мутационная селекція мікроорганізмів зіграла велику роль в розвитку мікробіологічної промисловості. Промисловим шляхом на основі масового вирощування нижчих грибів і бактерій при створенні штамів-продуцентів виробляють білково-вітамінні концентрати, антибіотики, вітаміни, гормони, амінокислоти та інші біологічно активні речовини.

Методи селекції мікроорганізмів.В основному це ті ж методи, які використовуються і в селекції інших організмів. Але мікроскопічні розміри і величезна швидкість розмноження мікроорганізмів зумовлюють розробку

особливих методів, що прискорюють процес отримання нових високопродуктивних штамів.

Генна інженеріяявляє собою цілеспрямовані маніпуляції з генетичним матеріалом в клітинах мікроорганізмів - це сукупність методів впливу на ДНК, що дозволяють переносити спадкову інформацію з одного організму в інший. Зокрема, створюються нові комбінації генетичного матеріалу, здатного, розмножуючись в клітці-хазяїні, синтезувати речовини, які людина використовує для своїх потреб. Нові комбінації генетичного матеріалу спочатку осуществляютin vitro, т. Е. В пробірці. Шляхом гібридизації молекул ДНК від різних одноклітинних організмів отримують молекули, в яких містяться нові, які раніше були відсутні в ній гени. Створена таким способом гібридна молекула ДНК потім вводиться в

клітку-господаря (зазвичай бактерій або дріжджів), яка після введення починає синтезувати білок, який кодується цими генами. Оскільки бактерії розмножуються дуже швидко, то таким способом вдається отримати відразу багато ідентичних копій від потрібного гена і, отже, шляхом біосинтезу створити багато потрібних людині речовин.

Один з методів генної інженерії, що отримав розвиток в наш час, - створення гібридної (рекомбінантна) ДНК. Для цього ДНК одного організму вводяться в клітини іншого організму. Наприклад, гени вищих організмів вносять в бактеріальні клітини. Спочатку ген, призначений до переносу, вводять в кільцеву молекулу ДНК і зрощують з нею. Потім така гібридна ДНК міститься в бактеріальну клітину, де поводиться так само, як хромосома. Новий ген в гібридної ДНК перед поділом клітини реплікується (подвоюється) разом з бактеріальної ДНК, а сама бактерія отримує можливість виробляти білок, який кодується її нової ДНК (рис. 44).

Таким шляхом отримують білок інсулін, необхідний хворим на діабет; інтерферон, що пригнічує розмноження вірусів; антиген вірусу гепатиту, необхідний для боротьби з цим інфекційним захворюванням; гормони росту людини і інші важливі біологічні речовини.

Багато з цих лікарських засобів раніше отримували тільки одним, досить трудомістким шляхом - екстрагуючись (витягаючи) з клітин людини. Але в середині 80-х рр. XX ст. засобами генної інженерії вдалося ввести в бактеріальні клітини три гена людини, відповідальних за синтез інтерферону. Це дозволило налагодити його промислове виробництво, випускати в достатній кількості і продавати за доступною ціною. Подібні маніпуляції були проведені і з іншими генами, контролюючими синтез необхідних людині біологічно цінних речовин.

Клітинна інженерія -це метод конструювання клітин нового типу шляхом гібридизації їх вмісту. При гібридизації штучно об'єднують цілі клітини різних організмів, створюючи новийгібрідний геном (сукупність генів в гаплоидном наборі хромосом виду). Також шляхом маніпуляцій (реконструкції) створюють нову життєздатну клітку з окремих фрагментів різних кліток (ядра, цитоплазми, хромосом і ін.) Пересадкою ядер, злиттям протопластів (т. Е. Всього вмісту клітини без ядра і клітинної стінки) клітин різних видів.

Клітинна інженерія дозволяє з'єднувати в одній клітці спадкові матеріали дуже далеких видів, навіть належать до різних царств.

Використання живих клітин і біологічних процесів для отримання речовин, необхідних людині, називають біотехнологією (від греч.bios - «життя», techne- «майстерність» іlogos - «вчення»).

Генна і клітинна інженерія - це два напрямки біотехнології. Вони мають важливе практичне значення в мікробіологічної промисловості для синтезу біологічно активних речовин, потрібних людині.

Селекція мікроорганізмів має важливе значення для вирішення багатьох проблем мікробіологічної промисловості, а також для медицини, виробництва ліків, сільськогосподарської промисловості, для розробки методів і засобів очищення навколишнього середовища від забруднень.

1. Які методи застосовуються в селекції мікроорганізмів?

2. У чому відмінність генної інженерії від клітинної інженерії?

3 *. Порівняйте методи селекційної роботи для отримання гібридів у рослин

і мікроорганізмів.

4. Яке значення в народному господарстві має біотехнологія?

Селекція - це наука і практика створення нових порід, сортів і штамів організмів. Теоретичною основою селекції є генетика. У селекції знайшли практичне втілення закони спадковості і мінливості організмів.

Всі культурні рослини і домашні тварини походять від диких предків. Одомашнення рослин і тварин почалося на Землі в центрах походження культурних видів, які збігаються з центрами розвитку цивілізації. Вчення про центри походження культурних видів створив вітчизняний вчений Н.І. Вавилов.

Одомашнення рослин і тварин відбувалося штучним відбором, спочатку несвідомим, але пізніше люди стали застосовувати селекцію для поліпшення якостей культурних рослин і домашніх тварин. Основними методами в селекції культурних видів рослин і тварин є штучний відбір, мутагенез, гібридизація і поліплоїдія.

В останні роки стала активно розвиватися селекція мікроорганізмів. Вона ведеться тими ж основними методами селекції, але здатність мікроорганізмів дуже швидко розмножуватися дозволила широко впровадити в їх селекцію методи генної та клітинної інженерії, що представляють новий напрямок в промисловому виробництві - біотехнологію. Біотехнологія, використовуючи

досягнення біології, генетики, екології, мікробіології, молекулярної біології, біохімії, імунології, широко розвивається в даний час у всіх країнах.

перевірте себе

1. Що називають сортом, породою, штамом?

2. Які особливості характерні для гетерозисних організмів?

3. Які відносини між штучним відбором і селекцією?

4. Яку роль в народному господарстві виконує селекція мікроорга

5. Назвіть основні методи селекції.

6. Назвіть відомі вам сорти плодових або овочевих рослин, порід

тварин.

Проблеми для обговорення

1. Охарактеризуйте позитивні і негативні сторони інбридингу у тварин.

2. Чому чоловіча стерильність виявляється корисною при селекції деяких культур?

3. Розкрийте роль спонтанних і штучних мутацій в селекції а) рослин; б) тварин; в) мікроорганізмів.

4. Чому з великої різноманітності видів тварин, що мешкають на Землі, людина відібрав для одомашнення дуже небагато видів?

Основні поняття

Селекція. Центр походження. Штучний відбір. Гібридизація Схрещування. Мутагенезу. Полиплоидия. Гетерозис. Генна інженерія. Клітинна інженерія. Біотехнологія.

Глава 6 Походження життя і розвиток органічного світу

Вивчивши главу, ви зумієте:

охарактеризувати сучасні уявлення про походження життя

і її розвитку;

назвати два основних етапи походження і розвитку життя;

пояснити, які умови забезпечили виникнення життя на древній

описати етапи формування перших організмів на Землі.

§ 32 Уявлення про виникнення життя на Землі в історії природознавства

Проблеми виникнення та розвитку життя на Землі займають центральне місце в природознавстві, з давніх пір привертають увагу всіх філософів і натуралістів і викликають суперечки і розбіжності.

Під час обговорення питання про походження життя вченими висунуто безліч гіпотез, які і зараз ще вимагають достовірних підтверджень, не дивлячись на переконливість доводів. Більшість припущень, на яких ґрунтуються ці гіпотези, є умоглядними. Адже історія Землі не зберегла матеріальних свідчень появи найперших організмів нашої планети. Відтворити же експериментальним шляхом ті дуже давні (найдавніші) процеси в сучасних умовах неможливо, так як змінилися сама Земля, її загальний вигляд і стан, її атмосфера і умови життя на ній.

Все розмаїття точок зору на походження життя на Землі зводиться до двох основних взаємовиключних гіпотез: біогенезу і абиогенеза.

Прихильники біогенезу (від греч.bios - «життя» іgenesis - «походження», «виникнення») стверджують, що все живе походить тільки від живого, тоді як стороннікіабіогенеза (грец. - частка заперечення) вважають за можливе походження живого з неживого.

Ідею абиогенеза (зародження організмів з неживої природи) активно розвивали філософи Стародавньої Греції: Емпедокл, Демокріт (V ст. До н. Е.) І особливо

Аристотель (IV ст. До н. Е.). Ця ідея була широко поширена також в Стародавньому Китаї, Вавілоні і Єгипті.

Емпедокл стверджував, що перші живі істоти виникли з чотирьох елементів матерії: вогню, повітря, води і землі.

Демокріт полога, що з мулу і води за участю вогню можуть мимовільно зароджуватися живі істоти, наприклад риби. Саму життя він розглядав як наслідок механічних сил природи: з з'єднання багатьох атомів утворюються тіла, а розпад атомів веде до їх загибелі. В процесі вихрового руху атомів з'являється безліч як окремих тіл, так і світів, які виникають і знищуються природним шляхом.

Аристотель також вважав, що деякі рослини і тварини можуть самозароджуватися з неживої матерії. Це відбувається в тих випадках, коли в неживому матеріалі є деякий «активний початок». Саме воно, подібно енергії, здатне в сприятливих умовах привести до появи живого з неживого речовини. Наприклад, зі шматка гниючого м'яса під впливом цього «активного начала» можуть

зародитися черви, а з черв'яків - мухи. Ось ще одне його твердження: «Живе може виникати не тільки в результаті спарювання тварин, але і від розкладання грунту». Ідеї ​​Аристотеля про самозародження життя зберігали владу над умами багатьох видатних учених дуже довго, аж до XIX ст. Наприклад, в XVI ст. відомий лікар Парацельс намагався дослідним шляхом довести самозародження жаб, мишей, черепах, вугрів з води, повітря, соломи, гниючого дерева і інших неживих предметів. Навіть Ж. Б. Ламарк вже в XIX в. писав про самозародження деяких грибів.

Теорії самовільного зародження життя з неживої матерії стали брати під сумнів тільки в XVII в. Італійський біолог і лікар Франческо Реді в середині XVII ст. зробив відкриття, яке поклало початок дослідженням біогенезу. Реді висловив припущення і підтвердив його серією дослідів, що живе не виникає мимовільно, а з'являється з живих організмів.

Ф. Реді проводив такі експерименти. У судини поміщав шматки м'яса різних тварин. Одні судини щільно закупорював, щоб повітря не мав доступу до шматків м'яса. Інші судини залишав відкритими. Через деякий час у відкритих банках з'являлися «черв'яки» (личинки мух), а в закупорених їх не було. У своїй роботі «Експерименти над зародженням комах» в 1668 році він, узагальнюючи свої спостереження, висловив припущення, що «черв'яки» з'явилися в результаті статевого розмноження мух на гниючому м'ясі, а у самого гнилого м'яса немає іншої функції, крім як служити харчуванням для мух і бути місцем відкладання їх яєць.

Однак однієї або двох серій експериментів виявилося недостатньо для спростування ідей про самозародження живого, бо надто багато було в природі явищ, які вчені того часу не могли пояснити. Чудовим здавалося саме виникнення з грунту рослин, тварин або грибів там, де їх раніше не було. Як це відбувається, було неясно. Адже наука тих часів не мала мікроскопа, не знала багатьох процесів і закономірностей розвитку організмів, які в наші дні відомі навіть молодшим школярам.

Через кілька років після дослідів Ф. Реді голландець А. ван Левенгук, використовуючи мікроскоп, відкрив невидимий раніше світ живої природи: найпростіших і бактерій, про існування яких навіть не підозрювали. Але і це не зруйнувало ідею про самозародження життя. Тільки в кінці 70-х рр. XIX ст. дослідами, блискуче поставленими великим французьким біологом Л. Пастером, вдалося довести, що «неживе речовина», наприклад м'ясо, легко заражається живим - всюдисущими бактеріями, яйцями мух, пліснявими грибами та іншими мікроорганізмами. У своїх дослідах Пастер використовував колби з довгим зігнутим шийкою. Таке горлечко вільно пропускало повітря в колбу, але служило пасткою для частинок пилу і мікроорганізмів. Бактерії могли проникнути в колбу і викликати розкладання знаходиться в ній бульйону тільки в тому випадку, коли горлечко в колбі було отломлено (рис. 45). Досліди Л. Пастера довели неспроможність позиції

абиогенеза, затвердивши ідеї біогенезу.

Однак визнання біогенезу викликало серію нових питань: як і коли на Землі виникло життя? Якими були перші істоти нашої планети? Де вони з'явилися? У пошуках відповіді на перше і головне питання - «Як виникло життя на нашій Землі?» - сформувалися такі основні гіпотези:

1. Життя на нашу планету занесена ззовні, з Всесвіту -теорія панспермії(Від греч.pan - «все» іsperma- «насіння»).

2. Життя на Землі існувала завжди, але вона зазнавала різні катаклізми -теорії стаціонарного стану.

3. Життя виникло на Землі в результаті біохімічних процесів в умовах ще дуже молодої планети. Цю сучасну гіпотезу називаютьтеорією біохімічної еволюції.

Обговорення і критика різних теорій біогенезу зумовили розвиток, з одного боку, сучасних наукових уявлень про еволюцію органічного світу, а з іншого - вчення про походження життя (теорія біохімічної еволюції) на Землі, переконливо розкриває умови зародження життя на планеті Земля.

§ 33 Сучасні уявлення про виникнення життя на Землі

У 1924 р вітчизняний вчений-біохімік А.І. Опарін опублікував працю «Походження життя», який змусив весь світ по-новому поглянути на питання про походження життя на Землі.

Відповідно до гіпотези, висунутої Опаріним, життя зародилося на Землі, а не привнесена з космосу.

У своїй роботі Опарін підкреслював, що перші попередники організмів (протобіонти) в ході ряду хімічних і фізичних процесів (етап хімічної еволюції),відбувалися протягом тривалого часу в умовах молодої планети, придбали властивості організмів. Після цього почався етап боротьби за існування і відбору живих істот у відповідності з закономірностями, виявленими Ч. Дарвіном (етап

біологічної еволюції).

Великої заслугою А.І. Опаріна є створення теорії еволюції живої матерії.Її основні ідеї: спочатку життя виникла в Світовому океані як результат хімічної еволюції (т. Е. Абиогенно);

розвиток живої матерії і поява великої різноманітності форм життя відбулися в процесі біологічної еволюції (т. е. біогенної), яка стала другим, який розпочався після хімічної еволюції, найважливішим етапом розвитку життя в історії Землі. Надалі А.І. Опарін неодноразово уточнював і поглиблював свої ідеї, підкріплюючи їх новими дослідницькими матеріалами.

Подібну з Опарінскій точку зору в 1929 р висловив англійський учений Дж. Холдейн. В кінці 50-х рр. XX ст. її розвинув англійський фізик Дж. Бернал, який вважав, що скупчення органічних молекул відбувалося шляхом кристалізації перших полімерних молекул на мінеральних частинках. Вітчизняний ботанік і мікробіолог Н.Г. Холодний вважав, що спочатку виникли не білки, а вуглеводні, причому життя зародилося не в Світовому океані, а на мілководдях після утворення суші. Були й інші гіпотези, але всі вони не суперечать один одному в головному, а лише показують можливість різних шляхів появи первинних організмів на нашій планеті.

Які ж умови були на Землі втой час, коли виникли перші організми? Згідно з сучасними науковими даними, Земля утворилася приблизно 4,5-7

млрд років тому з скупчення газів і холодних (замерзлих) пилових частинок, що складалися з металів та інших хімічних елементів, що оточували формується молоду зірку - Сонце. Спочатку Земля була газоподібної і холодної, але в міру стиснення пилових хмар, під дією гравітації і під впливом тепла від розпаду радіоактивних елементів її надра збиралися, розігрівалися і розплавлялися. При цьому захоронення всередині планети гази виділилися назовні і утворили первинну газову атмосферу формується Землі.

Первинна атмосфера за своїм складом сильно відрізнялася від сучасної: в ній була присутня значна кількість водню, були молекули води (у вигляді пари), вуглекислого газу, метану й аміаку. Вільного кисню в земній атмосфері не було. Новоутворена Земля мала досить великою масою, що дозволяло їй утримувати в своєму оточенні гази. У той же час вона перебувала на такій відстані від Сонця, щоб одержуваного кількості енергії вистачало для підтримки води в рідкому стані.

В внаслідок розігрівання Земля стала дуже гарячою, і вода, випаровуючись з її поверхні, утворила скупчення густих хмар пара, окутавших наймолодшу планету. Пари води, охолоджуючись на висотах, перетворювалися в рідину і у вигляді злив випадали на гарячу поверхню Землі. Такі зливи йшли тисячоліттями, заповнюючи водою все западини і тріщини земної поверхні, утворюючи Світовий океан

і одночасно викликаючи охолодження верхніх шарів планети.

В дощовій воді розчинялися хімічні речовини з атмосфери і земної кори: метан, аміак, ціаністий водень, вуглекислий газ і багато інших. Вода, яка стікала в океани, приносила з собою неорганічні речовини, з їхніх сполук з водою утворилися різні солі. З зливовими дощами в водойми потрапляли і молекули найпростіших органічних речовин, що виникали в атмосфері під впливом ультрафіолетових променів і електричних розрядів блискавок.

Накопичення органічних речовин перетворило води Світового океану в свого роду бульйон, що мав суміш різних органічних молекул. Ці молекули, перебуваючи близько один від одного і вступаючи між собою в різні взаємодії, створювали більш складні з'єднання. Так траплялося незліченну кількість разів протягом дуже тривалого часу, що обчислюється мільярдами років. Серед безлічі утворилися з'єднань виникали окремі складні молекули, в

тому числі білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти, цукру та ін., які потім могли стати «живою» молекулярної системою у вигляді клітки, існуючої в водному середовищі.

Припущення про те, що в водах Світового океану було розчинена велика кількість органічних речовин, отримало підтвердження в ряді експериментів, проведених вченими в наш час.

У 1953 році американський біохімік С. Міллер створив установку, яка дозволила змоделювати найдавніші умови первісної Землі. В результаті експерименту їм були синтезовані з неорганічних речовин органічні, в тому числі з'єднання зі складними молекулами: ряд амінокислот, аденін, різні вуглеводи - цукру, і серед них рибоза. Інші дослідники в подібних експериментах синтезували молекули простих нуклеїнових кислот у вигляді невеликих ланцюгів з шестімономерних одиниць.

А.І. Опарін вважав, що головна роль у перетворенні органічних речовин в організм належить білкам, так як вони здатні утворювати колоїдні комплекси, що притягають до себе воду і тим створюють навколо себе своєрідну оболонку. Інші вчені вважають, що крім білків велику роль в створенні комплексів грали нуклеїнові кислоти. Такі комплекси завдяки дифузії могли злипатися і зливатися один з одним, видаляючи зайву воду. Цей процес був названий вченим коацерваціей, а самі білкові комплекси - коацерватнимікраплямиілікоацерватамі. Згодом у коацерватов з'явилася оболонка і вони виявилися здатними до поглинання речовин, багатих енергією, і завдяки цьому

До збільшення маси і розмірів. Однак досліди, проведені рядом вчених, підтверджують лише саму можливість таких процесів в ті далекі часи.

Коацервати представляли собою перші «організації» молекул.

Збільшуючись в розмірі, коацервати поділялися на більш дрібні частинки - так був позначений шлях розмноження первинних живих організмів. Для підтримки стійкості коацерватам була потрібна енергія, яка, мабуть, була представлена ​​різними хімічними зв'язками. Стійкість деяких коацерватов забезпечувала їм збереження і існування. Можливо, саме такі стійкі структури з часом (а цей процес тривав мільйони років) і дали початок першим живим організмам у вигляді живої клітини, де нуклеїнові кислоти встановили первинний контроль над основними внутрішньоклітинними процесами, в тому числі і такими, як харчування, ріст і розмноження . Вчені вважають, що ці перші форми життя на Землі з'явилися приблизно 3500-3900 млн років тому.

Отже, ідею, висунуту А.І. Опаріним, коротко можна сформулювати так.

Життя на Землі пройшла тривалий шлях еволюції хімічних речовин: з неорганічних речовин утворилися складні органічні речовини. Накопичення їх протягом мільярдів років в океанах забезпечило можливість складним молекулам концентруватися в коацервати, які стали основою появи елементарних первинних організмів.

Не всі ще зрозуміло в самому моменті переходу від складних органічних речовин в коацерватной краплі до живій клітині, але ясно, що ця еволюція тривала кілька мільйонів років. Експериментально поки ще не відтворено момент, коли складна молекулярна система стає «живою системою». Тому ідеї, висловлені Опаріним, Холдейном, Берналом і іншими вченими, називають гіпотезою, а не теорією, так як вона ще вимагає свого докази.

1. Що собою являє процес коацервації?