Геологические эры и эволюция жизни

Геологические эры и эволюция жизни

Под влиянием эволюционной теории и геологам пришлось пересмотреть свои представления об истории нашей планеты. Органический мир развивался в течение миллиардов лет вместе с той средой, в которой ему приходилось существовать, т. е. вместе с Землей. Поэтому эволюцию жизни невозможно понять без эволюции Земли, и наоборот. Брат А.О. Ковалевского Владимир Ковалевский (1842–1883) положил эволюционную теорию в основупалеонтологии – науки об ископаемых организмах. 
Первые следы органических остатков геологи обнаруживают уже в древнейших отложениях, относящихся к протерозойской геологической эре,охватывающей огромный промежуток времени – 700 млн лет. Земля в тот период была почти сплошь покрыта океаном. В нем обитали бактерии, простейшие водоросли, примитивные морские животные. Эволюция тогда шла настолько медленно, что проходили десятки миллионов лет, пока органический мир сколько-нибудь заметно изменялся (рис. 7.12). 
 
В палеозойскую эру (продолжительностью около 365 млн лет) эволюция всего живого шла уже более быстрыми темпами. Образовались большие пространства суши, на которой появились наземные растения. Особенно бурно развивались папоротники: они образовали гигантские дремучие леса. Морские животные тоже усовершенствовались, что привело к образованию огромных панцирных рыб. В каменноугольном (карбоновом) периоде, на который падает расцвет палеозойской фауны и флоры, уже появились земноводные. А в пермский период, завершавший палеозойскую эру и начинавший мезозойскую (она удалена от нас на 185 млн лет), – пресмыкающиеся. 
Еще быстрее животный и растительный мир Земли стал развиваться вмезозойскую эру. Уже в самом ее начале пресмыкающиеся стали господствовать на суше. Появились и первые млекопитающие – сумчатые. Всеобщее распространение получили хвойные деревья, возникли разнообразные птицы и млекопитающие. 
Около 70 млн лет назад наступила кайнозойская эра. Виды млекопитающих и птиц продолжали совершенствоваться. В растительном мире главенствующая роль перешла к цветковым. Сформировались виды  животных и растений, которые обитают на Земле и сейчас. 
С возникновением человека около 2 млн лет назад начинается нынешний период кайнозойской эры – четвертичный, или антропоген. Человек – в геологическом масштабе времени – совершенный младенец. Что такое 2 млн лет для природы! Это чрезвычайно малый срок. Наиболее значительным событием в кайнозойской эре – стало возникновение большого числа культурных растений и домашних животных. Все они – результат творческой деятельности человека – разумного существа, способного к целенаправленной деятельности. 
Если Дарвин, разрабатывая теорию эволюции, изучал опыт селекционеров, то вооруженные научной теорией селекционеры научились выводить новые сорта значительно быстрее и целенаправленнее. Здесь особая роль принадлежит российскому ученому Н.И. Вавилову (1887–1943), разработавшему учение о происхождении культурных растений. Эволюция живого продолжается, но уже под влиянием человека. 
Мы знаем теперь, что целесообразность органических форм – это не нечто наперед данное, а результат долгого и сложного процесса развития материи, и, следовательно, целесообразность органических форм относительна. Человек теперь активно изменяет живую природу. Возрастающее вмешательство человека в природные процессы порождает новые серьезные проблемы, которые могут быть решены лишь при условии, что сам человек возьмет на себя заботу об окружающей природе, о сохранении тех тонких соотношений в биосфере, которые сложились в ней за миллионы лет эволюции жизни на Земле. 
Учение о биосфере было создано замечательным ученым В. И. Вернадским (1863–1945). Под биосферой ученый понимал ту тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера объединяет верхние оболочки Земли – литосферу, гидросферу и атмосферу – и играет важнейшую роль в обмене веществ между ними. Огромные количества кислорода, углерода, азота, водорода и многих других элементов постоянно проходят через живые организмы Земли. В. И. Вернадский показал, что нет практически ни одного элемента в таблице Менделеева, который не включался бы в живое вещество планеты и не выделялся из него при его распаде. Поэтому лик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью. Вернадский впервые показал, какую решающую геологическую роль играло на нашей планете живое вещество. 
Вернадский акцентировал внимание и на огромной геологической роли человека. Он показал, что будущее биосферы – это ноосфера, т. е сфера разума. Ученый верил в силу человеческого разума, верил в то, что, все активнее вторгаясь в природные эволюционные процессы, человек сумеет направить эволюцию живого таким образом, чтобы сделать нашу планету еще прекраснее и богаче.

1. Концепции возникновения  жизни

Существует несколько концепций происхождения жизни: А — концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле; Б — панспермия — жизнь занесена на нашу планету из глубокого космоса; В — концепция стационарного состояния (жизнь всегда существовала на Земле); Г — концепция биохимической эволюции; Д — креационизм (жизнь была создана Богом в определенное время, и ее эволюция определяется Божественным всеобщим законом).

А. Концепция самопроизвольного зарождения жизни на Земле. В основе ее лежит гипотеза, получившая название абиогенеза, в которой утверждается возможность возникновения жизни из неживого вещества. Противоположной абиогенезу является гипотеза биогенеза, категорически отрицающая возможность возникновения живого из неживого. Основной тезис этой гипотезы: живое только от живого. Согласно Аристотелю существует некое активное начало (энтелехия), которое присутствует в зародыше животных, семян растений, в солнечном свете и даже в безжизненных телах. Наличие этого активного начала мира объясняет возможность самозарождения жизни. В эпоху Средневековья Фома Аквинский (1225—1274) был сторонником этого учения Аристотеля. Он считал, что самозарождение осуществляется ангелами, использующими для этого солнечные лучи, созданные Богом Солнца. Гипотеза самозарождения жизни интересовала исследователей эпохи Возрождения и Нового времени. Ряд из них пытался экспериментально доказать справедливость возможности возникновения живого из неживого. В 1860 г. выдающийся французский микробиолог Луи Пастер (1822—1895) провел ряд точных экспериментов и доказал, что, несмотря на вездесущность и способность бактерий всюду проникать, заражать живое, тем не менее живое зарождается только из живого.

Б. Панспермия. Создание концепции панспермии было осуществлено в 1908 г. шведским химиком С. Аррениусом (1859—1927). Он допустил, что споры бактерий и вирусов могут уноситься, в том числе и с нашей планеты, под действием электромагнитных сил и перемещаться в космосе под давлением света звезд. В частности, согласно взглядам этого ученого споры могут оседать на частицы пыли и тем самым путешествовать в космосе. Созданную С. Аррениусом концепцию панспермии называют классической формой изложения концепции панспермии. В качестве новой формы этой концепции сегодня рассматривается гипотеза о существовании внеземных цивилизаций. Согласно этой концепции жизнь на Землю «доставлена» некоей более развитой цивилизацией из другой галактики целенаправленным образом. В качестве доказательства этой гипотезы ее авторы ссылаются на неоднократные посещения в прошлом и настоящем нашей планеты неопознанными летающими объектами (НЛО) [2, с. 141].

В. Концепция стационарного состояния. Согласно этой концепции Земля никогда не возникала и существует вечно и всегда способна поддержать жизнь. Если и происходили изменения Земли, то очень незначительные. В качестве главного аргумента сторонники этой концепции выдвигают существующие неопределенности в физических, химических, геологических теориях при определении возраста Земли и Вселенной в целом. Виды, согласно этой концепции, существовали всегда и для всех них есть только две возможности: выживать за счет численности либо вымирать.

Г. Концепция биохимической эволюции. Концепция биохимической эволюции — это современное развитие гипотезы абиогенеза. Основателями этой концепции являются два автора, которые независимо друг от друга развили сходные идеи: академик А. Опарин (1894-1980) и англичанин Дж. Холдейн (1892-1964). В 1924 г. А. Опарин, а затем в 1929 г. Дж. Холдейн сформулировали концепцию, согласно которой живое вещество на Земле возникло в результате химической эволюции неорганического вещества при наличии соответствующих условий.

Эта концепция основывается на следующих положениях:

1. Отсутствие  жизни на Земле до ее возникновения.

2. Единство химической  основы живого и неживого.

3. Уникальность  физических условий. Определенная масса Земли (1/20 массы Солнца), расстояние от Солнца и других планет и другие физические параметры, которые позволяли удержать атмосферу.

4. Наличие в  ранней атмосфере химических  элементов в восстановительной  форме, без существования кислорода  в газообразном, химически несвязанном состоянии.

5. Образование  воды на Земле, играющей огромную  роль в жизни живого.

6. Целая совокупность  физических, химических и геологических факторов, возможность возникновения мощных электрических разрядов в ранней ее атмосфере, отсутствие озонного слоя, препятствующего губительному воздействию ультрафиолетового излучения на живые организмы.

Предположение о том, что первоначальная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, позволило А. Опарину в книге «Происхождение жизни» (1923) сформулировать следующие положения его концепции:

1. Химические  и физические условия на Земле  привели к образованию в океанах  органических соединений, их накоплению  в виде «первичного бульона». Из органической химии того  периода было уже известно, что синтез органических веществ лучше проходит в бескислородной, чем кислородной (окислительной) среде, поскольку кислород чрезвычайно активен с другими химическими элементами. Кроме того, из геологических исследований было известно, что, например, металлы в окислительной форме встречаются в молодых породах Земли, а не в древних.

2. В «первичном бульоне» в его одинаковой (гомогенной) массе путем процесса фрагментации образовались капли — коацерванты, обладающие способностью избирательно накапливать различные соединения.

3. Химический  состав коацервантов определялся  в основном физико-химическими  свойствами среды. Различия в  химическом составе и величине  коацервантов, по мнению А. Опарина, стали основой для действия  предбиологического отбора.

4. Взаимодействие коацервантов с внешней для них средой привело к образованию мембранных структур, обеспечивающих стабильность существования комплексов коацервантов.

5. Развитие мембранных  структур, регулировавших взаимодействие  коацервантов с внешней средой, могло привести, по мнению А. Опарина, к образованию клеток. Главнейшей ступенью предбиологической эволюции живого в концепции А. Опарина считается объединение способных к самовоспроизведению комплексов нуклеотидов (структуры, составляющие ДНК и РНК) с каталитической активностью белков (полипептидов).

На современном уровне идеи концепции биохимической эволюции живого с учетом информации о двух факторах эволюционного процесса (естественный отбор и наследственная изменчивость) успешно развиваются симбиотической теорией образования эукариотической клетки и эволюции одноклеточных и многоклеточных эукариотов (современного царства живых организмов). Эта теория учитывает способы питания первых организмов, уровень структурности их генетического материала, способы воспроизводства и другие факторы. Согласно этой теории свободный кислород в атмосфере Земли появился в результате фотосинтетической деятельности зеленых растений. Представители этой концепции полагают, что первые организмы (пробионты) уже имели главные атрибуты жизни: ДНК, РНК, мембранные структуры, деление и некоторые другие. Действительно, все существующие сегодня живые организмы осуществляют обмен веществ или брожением, или фотосинтезом, или дыханием.

Во временном масштабе считается, что первые фотосинтезирующие прокариотические бактерии возникли 3,5—3 млрд. лет тому назад. 2—1,5 млрд. лет назад возникли организмы-эукариоты. У этих организмов механизм обмена веществ эффективнее механизма обмена веществ у организмов-анаэробов в 18 раз. 2 млрд. лет назад в атмосфере возник кислород.

Таким образом, согласно этой теории эволюция привела к возникновению анаэробов-прокариотов, затем деятельность анаэробов создала возможность возникновения аэробов-эукариотов, для которых необходима определенная норма свободного кислорода.

Г. Креационизм. Креационизм — это концепция, представители которой считают, что жизнь возникла в результате деятельности некоего сверхъестественного события в прошлом. Например, в христианстве таким событием является Бог, создавший все, что мы называем Вселенной. В 1650 г. ирландский архиепископ Ашер из города Арма вычислил дату, когда Бог сотворил мир: 23 октября в 9 часов утра 4004 г. до нашей эры. Эту дату Ашер получил путем сложения возрастов всех людей, упоминающихся в Библии от Адама до Христа (библейская генеалогия). Среди креационистов в духе христианства бытует общее мнение о том, что Божественное творение мира было единожды, без всяких дополнений и коррекции, и в этом творении человек занимает исключительное место: «мир природы, твари созданы для владения им человеком, ходящим под Богом». Кроме того, сам акт и процесс Божественного творения, как утверждают креационисты, недоступен рациональному научному объяснению, о чем свидетельствуют, по мнению креационистов, результаты самой науки [1, с. 208; 5, с. 308].