История Земли - Ричард Флинт

Биологическая эволюция, предположительно между одним и двумя миллиардами лет назад, получила новое развитие благодаря возникновению полового размножения. В связи с этим резко возросли возможности приспособления организмов к среде, как мы увидим в восьмой главе.

Обзор

Настало время снова вернуться к таблице 2, которая содержит в сжатом виде большую часть того, о чем мы говорили в данной главе. Мы видим в таблице, что, пока существовала первичная атмосфера, в море, в этом "органическом питательном бульоне", накапливались аминокислоты, молекулы белков и более сложные углеводороды. В какой-то более поздний момент начались такие процессы, как ферментация, благодаря которой в океан поступало добавочное количество СО2. Среди простых одноклеточных растений (сине-зеленых водорослей, которые обнаружены в ископаемом состоянии в Африке) уже действовал процесс фотосинтеза, поставлявший в океан свободный кислород. Помимо ископаемых растений, это доказывается и другими свидетельствами. Осадочные пласты, имеющие возраст от 2 до 3 миллиардов лет, повсюду содержат единичные слои окислов железа, осаждавшихся на мелководном морском дне в результате соединения железа и кислорода в морской воде. Более молодые пласты лишены этого вида осадочного железа, но содержат красные окислы железа, образующиеся, как и сейчас, при окислении атмосферным кислородом железа при химическом выветривании пород. Таким образом, представляется вероятным, что по мере того, как строение растений становилось все более сложным, они начинали производить путем фотосинтеза больше кислорода, чем его мог поглотить океан. Лишний кислород начал поступать из моря в атмосферу, и началось окисление пород в процессе химического выветривания.

Одновременно кислород, накапливавшийся в атмосфере, начал образовывать экран, защитивший земную поверхность от ультрафиолетового излучения (Автор имеет в виду озон - трехатомный кислород. - Прим. ред). Когда количество свободного кислорода стало достаточно большим, экран мог стать вполне надежной защитой. Растения, которые ранее были вынуждены жить в глубинах океана, лишенных света, смогли распространяться по всей водной поверхности, как это наблюдается и в наше время. Кроме того, обилие свободного кислорода обусловило дыхание в широких масштабах и таким образом предположительно способствовало эволюции морских животных. Надежная защита от летальной радиации и наличие свободного кислорода, доступного для дыхания, подготовили путь для следующих двух больших шагов. Первым было образование и распространение планктона, огромного множества микроскопических растений и животных, населяющих и сейчас поверхностные воды открытого океана и служащих пищей более крупным морским организмам. Вторым шагом, который стал возможен в это время, был выход живых организмов из моря нa сушу. Вероятно, перемещение происходило таким образом: некоторые растения и животные, в большом количестве населявшие прибрежные воды, переместились в зону, затопляемую приливом и обсыхающую при отливе. Когда они приспособились к существованию в этой зоне, следующим логичным шагом был решительный выход на берег. Таким образом, морские растения и животные сделали сушу местом своего постоянного пребывания.

Как мы уже отмечали, сведения о наличии ископаемых остатков и их возрасте, помещенные в таблице 2, представляют собой установленные факты. Другие данные в этой таблице справедливы с различной степенью вероятности.

Но даже в том виде, в каком таблица существует, она дает нам общее представление о том, как могло бы происходить развитие живой материи до начала фанерозоя. При этом следует помнить, что описанный выше период развития Земли представляет собой не только начало ее истории. Он охватывает почти всю историю Земли, занимая почти около 87% геологического времени. Таким образом, все оставшееся время этой истории составляет всего лишь 13% продолжительности существования Земли. Причина такого несоответствия заключается в обилии фактических данных о жизни в течение фанерозоя. Вследствие большого количества ископаемых остатков, относящихся к фанерозою, многообразие жизненных форм в эту эпоху подтверждается многими интересными деталями, легко поддающимися расшифровке. Но более старые породы подверглись полному метаморфизму, при этом большинство ископаемых остатков, которые некогда в них содержались, оказались разрушенными. Другие слои древних пород, которые могли содержать ископаемые остатки, были перекрыты позднее осадочными слоями и, таким образом, недоступны для исследования. Поэтому нам до сих пор неизвестна большая часть фактов, принадлежавших к первому периоду истории Земли, который составляет 87% ее общей продолжительности. Таким образом, мы располагаем лишь отрывочными знаниями, пробелы в которых приходится заполнять предположениями. Мы надеемся, что эти предположения постепенно можно будет заменить фактически обоснованными положениями.

Нужно иметь в виду еще одно важное положение, относящееся к описанной выше истории Земли.

Существует не только влияние окружающей среды (какой, например, является и бескислородная атмосфера) на биосферу, но и обратное влияние биосферы на окружающую среду. Убедительным примером такого влияния может служить то обстоятельство, что свободный кислород, которым мы пользуемся, был, скорее всего, внесен организмами, буквально "выдохнут" растениями в процессе фотосинтеза. Таким образом, мы, как и животные, обязаны царству растений не только пищей, которую мы едим, но, очевидно, и самим нашим существованием. Без атмосферного кислорода человек не мог бы появиться на Земле.

Литература

Barghoorn E. S., 1971, The oldest fossils: "Sci. American", v. 224, p. 30-40. Cloud P. E., 1968, Atmospheric and hydrospheric evolution on the primitive Earth: "Science", v. 160, p. 729-736.

Glaessner M. F., 1961, Pre-Cambrian animals: "Sci. American", v. 204, p. 72-78. Henderson L. J., 1958, Fitness of the environment: Beacon Press, Boston. (Reprint; originally publ. 1913)

Опарин А. И., 1966, Возникновение и начальное развитие жизни, М., "Медицина".

Rush J. H., 1957, The dawn of life: Hanover House, New York.

Wald George, 1954, The origin of life: "Sci. American", v. 191, p. 45-54.

Глава восьмая. Эволюция живых организмов

Сложная цепь

Идея образования и расплавления земной коры и движения континентальных плит, сопровождающего эти процессы, поражает воображение как огромными размерами и весом движущихся глыб, так и колоссальной энергией, которая необходима для поддержания всей этой системы в движении. Однако не менее поразителен процесс эволюции живых организмов, проходящий через всю историю планеты Земля; он вызывает изумление огромным количеством участвующих в нем организмов и крайней сложностью биохимических процессов, в совокупности образующих Жизнь. В течение всей исгории Земли отдельные растения и животные, умирая, захоронялись под отложениями, а их форма и строение "консервировались" в виде ископаемых остатков, включенных в пласты пород. В наши дни многие ископаемые были найдены и собраны воедино. Если расположить их по порядку, то видно, что они образуют непрерывные ряды. Некоторые изменения, прослеживающиеся в поколениях современных организмов, представляют собой непосредственное продолжение цепи изменений, установленных по ископаемым остаткам. Все вместе эти ряды образуют сложную цепь со многими звеньями, которая постоянно удлиняется уже более 3 миллиардов лет, с тех самых пор, как химическая эволюция была замещена самовоспроизводством организмов. Теория этой цепи, теория эволюции живых организмов, позволяет понять историю жизни, ранее представлявшуюся беспорядочным скоплением ископаемых форм. А кроме того, как мы уже отметили в главе третьей, эта теория сделала возможной корреляцию слоев в различных районах и таким образом способствовала построению геохронологической шкалы.

Когда мы делаем попытку обрисовать историю организмов, мы закономерно начинаем с рассмотрения процесса эволюции, который восстанавливаем по ископаемым остаткам. Мы начнем с данных, на которых основано наше понимание этого процесса, а затем перейдем к рассмотрению того, как работает его механизм.

Доказательства эволюции

За последние сто лет среди ученых стало господствующим убеждение, что эволюция действовала всегда и действует и в настоящее время. Это убеждение основано на огромном количестве фактов, в том числе на данных различных отраслей науки. В частности, оно основано на анализе соотношения различных ископаемых и соотношения между зародышами различных животных, анатомических данных, опыте целенаправленного разведения растений и животных.

Ископаемые. Пожалуй, наиболее убедительным обоснованием теории эволюции являются собранные воедино сведения об ископаемых остатках. При сравнении ископаемых, собранных из различных пластов, становится очевидно, что чем моложе породы, тем более сложные организмы в них обнаруживаются; усложнение происходит в направлении от основания к вершине геохронологической колонки. Это подтверждается на примере слоев, выходящих в Большом каньоне Колорадо. Как мы отмечали в седьмой главе, наиболее древние ископаемые остатки принадлежат одноклеточным организмам, следующие по возрасту - растения, а затем - наиболее простые животные. Это прогрессирующее усложнение прослеживается к вышележащим (то есть более молодым) слоям, и наконец, последним в позднекайнозойских слоях появляется человек. Едва ли будет ошибкой считать это соотношение доказательством того, что со времени начала эволюционного процесса биологическая эволюция непрерывно создавала новые формы и структуры.