Происхождение и эволюция жизни. Ноосфера. Учение В.И.Вернадского о ноосфере

В дальнейшем предбиологический отбор коацерватов, по-видимому, происходил в нескольких направлениях. Во-первых, в направлении  выработки способности накапливать  белковоподобные полимеры, ответственные  за ускорение химических реакций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного «размножения» систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов.

Во-вторых, в системе коацерватов происходил и отбор самих нуклеиновых  кислот по наиболее удачному сочетанию  последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся  системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов  в нуклеиновой кислоте уже  могут быть названы живыми.

Знание  условий, которые способствовали возникновению  жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появление  живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют  условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Возникшая на Земле жизнь преобразовала  те условия, которые сделали возможным  ее появление. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных пробионтов до аэробных форм потребовало около 2 млрд лет, тогда как с момента  возникновения наземных растений и  животных прошло около 500 млн лет; птицы  и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн  лет, приматы выделились за 12—15 млн  лет, для становления человека потребовалось  около 3 млн лет.

1.3.5 Геологическая история Земли подразделяется на крупные промежутки — эры, эры — на периоды, периоды — на века. Разделение на эры, периоды и века, конечно, относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов происходили существенные геологические преобразования — горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и пр. Кроме того, каждое подразделение характеризовалось качественным своеобразием флоры и фауны.

Геологические эры Земли:

катархей (от образования Земли 5 млрд лет  назад до зарождения жизни);

архей, древнейшая эра (3,8 млрд — 2,6 млрд лет);

протерозой (2,6 млрд — 570 млн лет);

палеозой (570 млн — 230 млн лет) со следующими периодами:

кембрий (570 млн — 500 млн лет);

ордовик (500 млн — 440 млн лет);

силур (440 млн — 410 млн лет);

девон (410 млн — 350 млн лет);

карбон (350 млн — 285 млн лет);

пермь (285 млн — 230 млн лет);

 

мезозой (230 млн — 67 млн лет) со следующими периодами:

триас (230 млн — 195 млн лет);

юра (195 млн  — 137 млн лет);

мел (137 млн  — 67 млн лет);

кайнозой (67 млн — до нашего времени) со следующими периодами и  веками:

палеоген (67 млн — 27 млн лет):

палеоцен (67—54 млн лет)

эоцен (54—38 млн лет)

олигоцен (38—27 млн лет)

неоген (27 млн — 3 млн лет):

миоцен (27—8 млн лет)

плиоцен (8—3 млн лет)

четвертичный (3 млн — наше время):

плейстоцен (3 млн — 20 тыс. лет)

голоцен (20 тыс. лет — наше время)

 

1.3.6 Более 3,8 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ — простейших клеток, обладающих способностью деления и передачи дочерним клеткам наследственных свойств родительских клеток.

Первый  период развития органического мира на Земле характеризуется тем, что  первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем; иначе говоря, они питались готовыми органическими веществами, синтезированными в ходе химической эволюции, т.е. были гетеротрофами. Но это  не могло длиться долго, поскольку  резерв органического вещества быстро убывал.

Первый  великий качественный переход в  эволюции живой материи был связан с «энергетическим кризисом»: «органический  бульон» был исчерпан и следовало  выработать способы синтезирования органических соединений из неорганических внутри клеток. В этой ситуации преимущество было у тех клеток, которые могли  получать большую часть необходимой  им энергии непосредственно из солнечного излучения.

Такой переход  вполне возможен, так как некоторые  простые соединения, включающие в  свой состав атом магния (как в хлорофилле), обладают способностью поглощать свет. Уловленная таким образом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в частности для образования органических соединений, которые могут сначала накапливаться, а затем расщепляться с высвобождением энергии. В этом направлении и развивался процесс образования фотосинтеза.

Фотосинтез  обеспечивает организму получение  необходимой энергии от Солнца и  вместе с тем независимость от внешних источников питательных  веществ. Это значит, что питание  таких организмов, называемых автотрофными, осуществляется внутренним путем благодаря  световой энергии. При этом, разумеется, из внешней среды поглощаются  и некоторые вещества — вода, углекислый газ, минеральные соединения. В результате фотосинтеза выделяется кислород.

Первыми фотосинтетиками на нашей планете  были, видимо, цианеи, а затем зеленые  водоросли. Остатки их находят в  породах архейского возраста (около 3 млрд лет назад). В протерозое в  морях обитало много разных представителей зеленых и золотистых водорослей. Вероятно, в это же время появились  первые прикрепленные ко дну водоросли.

Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию был великим революционным  переворотом в эволюции живого. Значительно  увеличилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород стал выделяться в атмосферу в значительных количествах. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, и  для анаэробных организмов он был  ядом. Потому многие одноклеточные  анаэробные организмы погибли в  «кислородной катастрофе»; другие укрылись в болотах, где не было свободного кислорода, и, питаясь, выделяли не кислород, а метан; третьи приспособились к  кислороду, получив огромное преимущество в способности запасать энергию (аэробные клетки выделяют энергии  в 10 раз больше, чем анаэробные). Благодаря  фотосинтезу в органическом веществе Земли накапливалось все больше и больше энергии солнечного света, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ и эволюции в целом.

Переход к фотосинтезу потребовал много  времени. Он завершился примерно 1,8 млрд лет назад и привел к важным преобразованиям на Земле: первичная  атмосфера Земли сменилась вторичной, кислородной; возник озоновый слой, который  сократил воздействие ультрафиолетовых лучей, а значит, прекратил производство нового «органического бульона»; изменился  состав морской воды — она стала  менее кислотной. Таким образом, современные условия на Земле  в значительной мере были созданы  жизнедеятельностью организмов.

С «кислородной революцией» связан и переход  от прокариотов к эукариотам. Первые организмы — прокариоты представляли собой клетки, у которых не было ядра, генетическая система закреплена на клеточной мембране, деление клетки не включало в себя точной дупликации генетического материала. Прокариоты — это простые, выносливые организмы, обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Но новая кислородная среда стабилизировалась; первичную атмосферу заменила новая. Понадобились организмы, которые пусть были бы и не вариабельны, но зато лучше приспособлены к новым условиям. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Ответом на эту потребность явилось формирование эукариотов примерно 1,8 млрд лет назад.

У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы, а хромосомы сосредоточены в  ядре клетки. Такая клетка воспроизводится  без каких-либо существенных изменений. Это значит, что в неизменной природной  среде «дочерние» клетки имеют столько  же шансов на выживание, сколько их имела «материнская» клетка.

1.3.7 Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Это разделение произошло еще в протерозое (около 1—1,5 млрд лет назад), когда мир был заселен одноклеточными организмами.

Растительные  клетки покрыты жесткой целлюлозной  оболочкой, которая их защищает. Но такая оболочка не дает им возможности  свободно перемещаться и добывать пищу в процессе передвижения. Вместо этого  растительные клетки совершенствуются в направлении использования  фотосинтеза для накопления питательных  веществ.

Животные  клетки имеют эластичные оболочки и  потому не теряют способности к передвижению; это дает им возможность самим  искать пищу — растительные клетки или другие животные клетки. Животные клетки эволюционировали в направлении  совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы (а не отдельные  органические молекулы) через оболочку. Сначала крупные органические фрагменты, затем куски мертвой ткани  и разлагающиеся остатки живого и, наконец, поедание и переваривание  целых клеток (формирование первых хищников). С появлением хищников естественный отбор резко ускоряется.

Эволюционное  единство растительного и животного  миров доказывается тем, что различия между некоторыми простейшими животными  и простейшими растениями относительны. Так, одноклеточные эвгленовые водоросли  сочетают в себе качества растений (способность к фотосинтезу) и  животных (подвижность, способ питания).

 

Следующим важным этапом развития жизни и усложнения ее форм было возникновение примерно 900 млн лет назад полового размножения  — механизма слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала. В результате потомство похоже на родителей, но не идентично им, изменчивость потомства увеличивается. Это способствует росту эффективности естественного отбора, значительно повышает видовое разнообразие, резко ускоряет эволюцию, позволяет быстрее приспосабливаться к изменениям окружающей среды.

Значительным  шагом в дальнейшем усложнении организации  живых существ было появление  примерно 700—800 млн лет назад многоклеточных организмов. Характерные особенности  их — различие клеток, слагающих  их тело; их дифференцирование и  объединение в комплексы тканей и органов, выполняющих разные функции в системе организма. Таким образом, многоклеточные (растения, грибы, животные) обладают дифференцированным телом, развитыми тканями, органами, которые выполняют определенные функции. Многоклеточные происходят, по-видимому, от колониальных форм одноклеточных жгутиковых.

Первые  ископаемые многоклеточные животные представлены сразу несколькими типами: губки, кишечнополостные, плеченогие, членистоногие. Эволюция многоклеточных животных шла  в направлении совершенствования  способов передвижения, лучшей координации  деятельности клеток, совершенствования  форм отражения с учетом предыдущего  опыта, образования вторичной полости, совершенствования способов дыхания  и т.п.

В протерозое и в начале палеозоя многоклеточные растения населяют моря. Жизнь развивается  в воде. Среди прикрепленных ко дну встречаются зеленые и  бурые водоросли, а в толще  воды — золотистые, красные и  др. В кембрийских морях уже  существовали почти все основные типы животных (исключая птиц и млекопитающих), которые впоследствии лишь специализировались и совершенствовались. Облик морской  фауны определяли многочисленные ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, плеченогие, трилобиты.

В теплых и мелководных морях ордовика обитали многочисленные кораллы, значительного  развития достигли головоногие моллюски — существа, похожие на современных  кальмаров, длиной несколько метров. В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10—11 м в длину. В ордовике, примерно 500 млн лет назад, появляются и  первые позвоночные — животные, имеющие скелеты. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.

Первые  позвоночные возникли, видимо, в  мелководных пресных водоемах, и  уже затем эти пресноводные формы  завоевывают моря и океаны. Первые позвоночные — мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, кальмаров). Дальнейшая эволюция позвоночных  шла в направлении образования челюстных рыбообразных, которые быстро вытеснили большинство бесчелюстных. В девоне возникают и двоякодышащие рыбы, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали и легкими.

Рыбы  подразделяются на два больших класса: хрящевые (акулы [1] и скаты) и костные  — наиболее многочисленная группа рыб (96%), в настоящее время преобладающая  в морях, океанах, реках, озерах. Очевидно, некоторые пресноводные двоякодышащие  рыбы девонского периода дали жизнь  сначала первичным земноводным (стегоцефалам), а затем и сухопутным позвоночным. Таким образом, первые амфибии появляются в девоне.

1 Акулы  — очень древние животные, они  появились еще в девоне и  с тех пор некоторые их виды  не изменились. В настоящее время  интерес к акулам в массовом  сознании «подогревается» рассказами  об их нападениях на людей,  серией фантастических фильмов  «Челюсти». Акулы действительно  обладают сложной системой поведения,  прекрасным обонянием и электромагнитной  системой ориентации.