Текст книги "Борис Александрович Трофимов"

Автор книги: Борис Трофимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 11 страниц)

* Так в оригинале. Очевидно, имеется в виду белок кератин. – В. П.

Сейчас установлено, что число комбинаций аминокислот определенного белка сравнительно ограниченно. Кроме того, каждая молекула белка представляет собой очень сложную цепь аминокислот, имеющих определенное расположение в пространстве. Поэтому, если биохимик будет наудачу подбирать аминокислоты и создавать из них белок, то создать его будет меньше шансов, чем вновь набрать текст «Евгения Онегина» из рассыпанного типографского шрифта.Следовательно, прежде чем пытаться изготовить определенный вид белка, надо знать, из каких аминокислот он состоит, а также порядок, в котором они соединены. Пока это удалось установить только для некоторых простейших белков. Но успехи науки показывают, что выяснение строения и синтез других белков является лишь вопросом времени. Если будут созданы сложные белки, входящие в состав живой материи, то мы получим экспериментальное подтверждение современных гипотез о происхождении жизни на Земле.Перед наукой встала задача искусственного синтеза белковых тел, наделенных обменом веществ.Как же из белков, растворенных в водах древней Земли, могли возникнуть первые организмы – белковые тела? Это – третий и основной этап возникновения жизни на Земле.Как мы уже говорили, обмен веществ – это основное свойство живой природы любого организма – от бактерии до человека.Каждый организм живет, то есть питается, растет, выделяет негодные вещества, размножается.В каждом организме, в любой его части, идет непрерывная работа – обмен веществ. Непрерывно он получает из окружающей среды питательные вещества и превращает их в вещества своего тела. В этом состоит процесс ассимиляции – одна сторона обмена веществ. Наряду с ним идет обратный процесс – процесс распада вещества – диссимиляция. В организме, особенно молодом и здоровом, эти процессы ассимиляции и диссимиляции идут согласованно, то есть жизнедеятельность протекает нормально.По мере развития строения первичных белковых тел развивался и свойственный им обмен веществ.Возникновение сложных белковых тел, наделенных обменом веществ и способных к воспроизведению себе подобных (размножению), было гигантским скачком в развитии природы от мертвой к живой материи.

Искусственно полученные коацерватные капельки (А) и сложный комплексныйкоацерват (Б).(Фотография сделана под микроскопом)

Как же это произошло? Безусловно, что жизнь возникла в водной среде, вероятно, в некоторых зонах древнего океана или небольших внутриконтинентальных водоемах. В них скорее всего образовались белки. Когда растворы, белков и прочих органических соединений смешивались между собой, происходила коацервация, скопление: возникали полужидкие, студенистые образования, так называемые коацерваты, коацерватные капельки. Таким образом, при смешивании различных белков белковые частицы объединяются в агрегаты, рои, подобные тем, которые образуются при смешивании растворов гуммиарабика и желатина. Когда молекулярные кучи включают в себя много миллионов белковых молекул и достигают большого размера, они становятся видными под микроскопом в виде капелек – коацерватов. Как доказали исследования А. И. Опарина и других ученых, они напоминают некоторыми своими свойствами протоплазму живых существ. Коацерваты уже обладают зачатками сложной внутренней структуры, благодаря чему они поглощают вещества из окружающего раствора. Такое поглощение совершается не механически. Внутри капелек происходят химические реакции. Одни из них могут ослабить коацерват, другие, наоборот, увеличить его объем и вес. Следовательно, идут процессы синтеза, новообразований и процессы распада. Подобный процесс, вероятно, наблюдался и у белков, возникших когда-то на Земле. Белки, растворенные в водах древней Земли, собирались в подобные коацерватные капельки. Могли возникнуть как «удачные» капельки, в которых процессы созидания шли быстрее, чем процессы распада, так и «неудачные», с преобладанием процесса распада. Первые капельки были наиболее стойкими, «жизнеспособными» в этом гигантском молекулярном растворе.

Прибрежные зоны морей и океанов. Здесь появились древнейшие организмы

Далее возникали все более сложные капельки, лучше приспособленные к питанию и росту. Когда капельки достигали определенного объема, они делились. Вновь образовавшиеся дочерние капельки в наиболее благоприятных условиях продолжали все более и более усложняться. И дальнейший этот процесс усложнения коацерватных капелек привел к возникновению живого вещества белковых тел, имеющих обмен веществ, то есть к возникновению простейших организмов. Итак, жизнь появилась не сразу. Невозможно точно определить тот момент, тот этап, когда капельки коацерватов, простые сгустки белков, превратились в живые существа. Безусловно, что это произошло на основе постепенного накопления изменений и путем дальнейшего скачка к более сложной форме организации материи.Что же представляли собой первичные носители жизни? Ф. Энгельс считал, что они должны были быть бесформенными белковыми образованиями. У одноклеточных организмов имеется, помимо протоплазмы, ядро, оболочки, пигменты и т. д. Даже у бактерии имеется оболочка и зачатки ядра. У первых живых существ не было клеточного строения. Они были близки к вирусам. В течение тысячелетий их строение становилось все сложнее, у них все время изменялось взаимодействие со средой обитания. Некоторые приобретали способность создавать органические вещества из углерода, содержащегося в атмосфере, используя солнечную энергию. Они питались простыми неорганическими веществами. Так появились простейшие растения – сине-зеленые водоросли, остатки которых находят в наиболее древних отложениях земной коры. Другие живые существа, давшие начало животному миру, продолжали питаться органическими веществами, получаемыми извне: их поставляли им теперь бактерии и водоросли. В дальнейшем благодаря естественному отбору организмы делались все сложнее и сложнее, и постепенно, как увидим далее, возник тот разнообразный мир живых существ, который мы наблюдаем в настоящее время. Об этом рассказывается в следующих главах.Может ли человек создать жизнь и организмы? Весь ход развития науки о жизни показывает, что химики и биологи сумеют, и, возможно, в скором времени, осуществить синтез белков, способных расти за счет окружающей среды и делиться. Быть может, удастся получить искусственно живые организмы типа вирусов или даже простейших бактерий. Для этого необходимо хорошо выяснить строение белков, найти и научиться использовать формы энергии для синтеза белков из более простых веществ. Таким образом, можно искусственно создать жизнь, получить простейшие живые существа. Но мы знаем, что бездонная пропасть отделяет живой белок от первых организмов клеточного строения и, чтобы преодолеть ее, потребовались миллионы лет развития. Еще далее отстоят более высоко развитые организмы, возникшие в результате длительной и очень сложной эволюции. Создать их, конечно, невозможно. Синтез же белков будет иметь громадное значение для улучшения жизни человека.Нам остается ответить еще на один вопрос. Где возникла жизнь? Ученые по-разному решают эту проблему. О месте зарождения первых форм жизни высказываются две противоположные точки зрения. Многие считают, что жизнь возникла в первичном океане или в некоторых его зонах. Этого взгляда придерживаются академик А. И. Опарин и многие другие ученые зоологи и палеонтологи. Это подтверждается, в частности, тем, что большинство низших организмов, особенно животных, в современную эпоху живут в морях и океанах. Кроме того, в самых древних отложениях земной коры мы не находим остатков наземных растений и сухопутных животных. Другие ученые считают, что жизнь возникла на суше. В мировом пространстве существуют, как уже говорилось, губительные для всего живого космические лучи. Они легко могли проникать через земную атмосферу, пока она содержала мало кислорода, а состояла из водяных паров, углеводородов и аммиака. Поэтому жизнь могла возникнуть только в местах, защищенных от губительного действия космических лучей. Однако вероятно, что и некоторые участки суши могли быть прародиной жизни. Таким образом, вопрос о месте происхождения жизни не ясен. Возможно, что она возникла в воде или во влажной среде, которая облегчала первым организмом усвоение питательных веществ, предохраняла от высыхания и резких колебаний температуры, например в лагунах некоторых зонах замкнутых водоемов, то есть на границе различных географических сред – литосферы, гидросферы и атмосферы. Это подтверждает тот факт, что все древние ископаемые организмы – простейшие, губки, кораллы, водоросли – были обитателями мелководий.

ЛЕТОПИСЬ ЖИЗНИ

 Там на неведомых дорожках Следы невиданных зверей...

А. Пушкин

АРХИВ ПРИРОДЫ

Мы узнали, как могла возникнуть жизнь. Но что было дальше, какими путями пошло ее развитие и как возник тот разнообразный растительный и животный мир, который сейчас существует на Земле? По неполным подсчетам, сейчас на Земле существует более миллиона видов животных и более пятисот тысяч видов растений. Кроме того, известно громадное количество ископаемых организмов.Изучение истории человеческого общества, народов, государств возможно лишь на основе исторических документов. Где отсутствуют документы, исторические данные, там нет научного исследования. Изучение истории животного и растительного миров, очевидно, тоже нуждается в исторических документах. Эти документы, конечно, сильно отличаются от тех, по которым познается история человечества. Для ученого, изучающего историю Земли, архивом жизни являются земные недра, в которых сохранились документы прошлого Земли и жизни на ней. В земных пластах можно найти окаменевшие следы, которые показывают, что происходило на этом месте тысячи или миллионы лет назад. Ученые читают беспристрастные записи на лике Земли. Следы капель дождя и волн, работу ветров и льда. Они восстанавливают моря, реки, болота, озера и пустыни прошлого. На поверхности Земли все время происходят изменения. Земная кора колеблется, в одних местах понижаясь, в других поднимаясь. Поэтому изменяются очертания морей, океанов и суши. В одних местах происходит разрушение пластов земной коры, в других, наоборот, образуются толщи осадков. И, наконец, – и это самое важное – в пластах сохранились остатки живых существ, обитавших в давно прошедшие времена. Палеонтология ставит своей задачей выявить историю растений и животных. Благодаря ей мы можем составить ясное представление о тех обитателях Земли, которые жили до появления человека. В течение миллионов лет бесчисленное множество организмов исчезло с лица Земли. Большинство из них сгнило, не оставив никаких следов в земных пластах. Другие сохранились в виде ископаемых остатков, причем некоторые очень хорошо, так что мы можем детально изучить их строение и восстановить образ жизни и условия, в которых они жили.О значении палеонтологии для изучения истории жизни более 100 лет назад образно писал А. И. Герцен:«Мир прошедший, покорный мощному голосу науки, поднимается из могилы свидетельствовать о переворотах, сопровождавших развитие поверхности земного шара; почва, на которой мы живем, эта надгробная доска жизни миновавшей, становится как бы прозрачною; каменные склепы раскрылись; внутренности скал не спасли хранимого ими. Мало того, что полуистлевшие, полуокаменелые остовы обрастают снова плотью, палеонтология стремится раскрыть закон соотношения между геологическими эпохами и полным органическим населением их»1.

1 А. И. Герцен. Письма об изучении природы. Полн. собр. соч. т. IV, стр. 165.

Таким образом, пласты земной коры – это архив прошлой жизни и найти его можно везде. Мы видим его по обрывам рек и морей, в каменоломнях и шахтах, и, наконец, лучше всего он открывает перед нами свои сокровища, когда мы специально ведем раскопки ископаемых растений и животных. Советский палеонтолог профессор И. А. Ефремов в последние годы детально разработал учение о сохранении в ископаемом состоянии организмов далекого прошлого, назвав эту отрасль палеонтологии тафономией (учение о захоронении) от греческих слов «тафо» – могила, захоронение, и «номос» – закон.Как же и в каком виде доходят до нас остатки организмов прошлого? Это происходит по-разному. Прежде всего ископаемые не всегда бывают окаменелостями, как принято считать. Встречаются остатки растений и животных, особенно недавно живших, которые незначительно изменились. О таких случаях мы потом расскажем. Обычно же и растения и животные очень редко сохраняются в полном своем виде. Чаще всего находят отдельные их части: скелеты, кости, зубы, раковины, куски стеблей, листья и т. п.Изредка встречаются окаменевшие мягкие ткани животных – кожа, мышцы или сухожилия. О бесскелетных животных, например медузах, мы можем судить лишь по отпечаткам их тел. Могут также сохраняться следы ползания, хождения и т. д.

Коренной зуб мамонта

Как же происходит окаменевание? Воздух, вода, микроорганизмы – основные разрушители животных и растений, в которых жизненные процессы прекратились. Упавшее дерево или лист, умершее на открытом месте дикое животное, например птица или заяц, под влиянием дождя, ветра, химических воздействий окружающих веществ, в особенности кислорода и микробов, в скором времени уничтожаются. Их органическое вещество распадается на составные элементы, которые уходят в окружающую их среду. Следовательно, после смерти организма тело его, как правило, быстро сгнивает.Представим себе, что лист упал в озеро или тихий залив реки. Он опускается на дно и покрывается гравием, илом или песком. На песчаном грунте или толще гравия лист вряд ли сохранится, так как эти грунты пористы и легко пропускают воду. А в воде растворен воздух, поэтому она содействует разрушению растительных и животных веществ. Если же лист попадет в тонкий ил, который покроет его сверху, он может сделаться ископаемым. С течением времени рыхлый ил затвердеет и превратится в глину, в которой останется тонкий отпечаток листа. Многие тысячелетия остатки организмов будут сохранять первоначальный вид или только слегка изменятся. В обычном каменном угле, представляющем большие скопления остатков растительности далекого прошлого, растения под давлением лежащих выше слоев и под влиянием различных химических процессов обуглились.Раковины, кости и другие твердые части животных имеют больше шансов на сохранение, чем листья, насекомые и остатки организмов со слабым скелетом.

Насекомые в янтаре (окаменевшей смоле)

В разных слоях Земли находят разное количество ископаемых. Бывают слои, в которых их совсем нет, а других они встречаются изредка, и есть слои, переполненные остатками организмов. Такие слои можно сравнить с огромными кладбищами. Эти кладбища почти всегда «водные», то есть они образовались на дне рек, озер, морских побережий. Организмы, попадавшие в захоронения таких «кладбищ», или жили в воде, или попали туда после смерти. Чаще всего встречаются разнообразные водоросли, раковины, скелеты кораллов, кости позвоночных животных.Известняк, мел и другие осадочные породы, образовавшиеся на дне морей, по сути представляют собой спрессованные, сцементированные скопления остатков различных, преимущественно мелких, морских организмов. Из таких горных пород, образованных в основном раковинами морских животных, построены, например, египетские пирамиды, а также многие здания городов Одессы, Каира, Севастополя и многих других.Очень редко ученые находят скелеты или их части в естественном положении. Чаще части скелета разрознены: череп сломан или раздроблен, кости ног, ребер перемешаны, зубы выпали из челюстей. Чтобы понять, почему так происходит, надо представить себе, как идет разложение трупа животного после его смерти. Если животное пало в лесу, в поле, его труп вскоре загнивает, все мягкие части уничтожаются мелкими и крупными падалеедами. Кости белеют на солнце, становятся хрупкими и превращаются в пыль. От животного не остается и следа. То же происходит и в пустынной местности, хотя гниение трупа и разрушение костей идет медленнее и кости могут сохраниться дольше. До нас дошли остатки некоторых животных, погребенных под песками пустынь и сухих степей. Чаще и лучше всего кости, так же как и другие части организмов, сохраняются, как мы уже говорили, в воде, на дне различных водоемов. Это происходит обычно так. Падая на дно, животные начинают разлагаться, в них накапливаются газы, вспучивающие труп, который всплывает. Плавающий по воде труп постепенно распадается, разваливается на куски, которые скапливаются и захороняются в местах, куда их сносит течение. Если же труп выкинут на берег, то он быстро сгнивает, частично уничтожаясь трупоедами. Но иногда труп животного или часть его «удачно» попадает на дно и окаменевает, претерпев много изменений, в том числе химических.Во время массовой гибели при стихийных бедствиях скапливается множество погибших животных, которые в дальнейшем окаменевают.Значительные скопления цельных скелетов и отдельных костей разыскиваются «охотниками за ископаемыми» – палеонтологами – и раскапываются ими. К настоящему времени палеонтологи открыли много таких крупных местонахождений ископаемых животных в различных местах Земли, относящихся к различной геологической давности. Много их найдено и на территории нашей страны. Замечательное «кладбище» древних земноводных и пресмыкающихся, живших около 200 миллионов лет назад, было обнаружено в 1897 году на берегу Северной Двины профессором В. П. Амалицким. Отложения, в которых найдены кости, представляют осадки одного из рукавов обширной дельты реки, протекавшей на месте Северной Двины в верхнепермскую эпоху. В более тихих широких руслах отлагались глинистые осадки, в более быстрых протоках – песчаные слои. Сюда сносились трупы и кости наземных животных, ветви и листья растений. Вокруг костей песок уплотнялся, образовав конкреции, или стяжения, крепкого песчаника, охватывавшего кости, как футляром. В течение почти 20 лет вел В. П. Амалицкий раскопки открытого им кладбища и примерно столько же лет велась препаровка – очистка от породы – костных остатков. Добытая таким образом коллекция древних четвероногих обитателей Земли, состоящая из двадцати полных или почти полных скелетов, многих черепов, костей различных пресмыкающихся и земноводных, составляет ценную галерею Палеонтологического музея Академии наук СССР в Москве. Много ископаемых животных находят исследователи на территории Молдавии, южной Украины, Кавказа, Казахстана; там обнаружено много местонахождений ископаемых млекопитающих, о которых мы будем далее говорить.

Раскопки на реке Иртыше у г. Павлодара. «Кладбище»носорогов, жираф и других млекопитающих в третичных отложениях

На просторах Центральной Азии в прошлые геологические эпохи происходило развитие разнообразных позвоночных животных. Начиная с середины мезозойской эры и до наших дней, то есть в течение почти 150 миллионов лет, эта область земного шара не покрывалась морем и была местом накопления осадков. В громадных озерах и реках древней центральноазиатской суши отлагались илистые, песчано-глинистые и другие осадки, превращавшиеся со временем в глины, песчаники, конгломераты. В эти осадки попадали трупы животных, окаменевшие скелеты, которые сохранились на многие миллионы лет. В настоящее время осадочные толщи, содержавшие остатки организмов, подвергаются размыву реками, потоками и стали вскрытыми, рассеченными на различную глубину. Поэтому в Центральной Азии, особенно в пустыне Гоби и прилегающих районах, есть много местонахождений ископаемых позвоночных. Уже сейчас там раскопано много удивительных пресмыкающихся: динозавров, различных древних млекопитающих и других животных и растений.В заключение остановимся на редких случаях сохранения цельных трупов и мягких частей животных. Цельные трупы животных сохранялись лишь тогда, когда они оказывались либо вмерзшими в лед, либо покрытыми нефтью, солью, смолой, вулканическими извержениями, то есть при полном отсутствии доступа воздуха и воды, или с помощью так называемой сухой мумификации.Трупы мамонтов, покрытых шерстью носорогов, бизонов и других зверей, населявших Европу, Северную Азию и Америку несколько десятков и сотен тысяч лет назад, в эпоху великого похолодания, обычно подвергались процессу гниения, и от них сохранялись иногда лишь окаменелые кости. В Сибири многочисленные трупы мамонтов, носорогов иногда замораживались, и таким образом некоторые из них дошли до нас. Срываясь с крутых обрывов рек и проваливаясь в прибрежный ил, труп животного быстро окутывался слоем льда и замораживался. Так, например, сохранился труп мамонта, найденный в 1901 году на реке Березовке (притоке Колымы) и привезенный затем в Петербург. Чучело этого мамонта, а также отдельные его органы хранятся до наших дней в Зоологическом музее Академии наук СССР в Ленинграде. Сохранившиеся во льду трупы мамонтов и волосатых носорогов всегда покрыты длинной и густой шерстью красновато-коричневатого цвета. Сохранились глаза, язык, мышцы и даже содержимое желудка и пища, застрявшая между зубами. Это позволило установить, что мамонты питались хвоей, молодыми побегами и листьями ивы, березы и т. п. Даже мясо таких замороженных тысячелетиями животных не испортилось и хорошо поедается волками, лисицами.

Чучело мамонта в Зоологическом музее Академиинаук СССР в Ленинграде

Чучело волосатого носорога из отложений озекерита в Старуни

В 1907 году в Старуни (ныне Станиславская область УССР) был обнаружен прекрасно сохранившийся труп молодого носорога, заключенный в горный воск (озекерит). Еще ранее в Америке близ города Лос-Анжелоса в Калифорнии в старинном высохшем болоте, где добывали асфальт, обнаружили громадное скопление костей и трупов животных, которые там уже давно не живут.В 1938 году в Бинагады близ Баку в залежах битума (натеки окислившейся нефти) обнаружено громадное «кладбище» животных и растений четвертичного периода. В результате многолетних раскопок здесь добыты многочисленные остатки носорогов, диких лошадей, быков, кабанов, благородных оленей, пещерных медведей, львов, гиен, волков, различных грызунов, разнообразных птиц, насекомых и растительности.Условия захоронения на Бинагадинском «кладбище» сходны с условиями известного «кладбища» Ранчо ля Бреа в Калифорнии. На поверхность асфальтового озера попадали птицы, грызуны, насекомые; прилипнув к нефти, они не могли оттуда выбраться и погибали. Истомленные жаждой приходили из степи различные травоядные звери, которые также гибли, увязая в асфальте. Их трупы привлекали хищников, которых постигала такая же судьба.Так образовался богатейший естественный музей, который позволяет нам нарисовать картину жизни среднечетвертичного времени на Апшеронском полуострове.В местностях с очень сухим и жарким климатом, как, например, в больших африканских пустынях, встречаются нередко ссохшиеся трупы животных, у которых хорошо сохранились кожа, остатки мышц и пр. Так сохранились и человеческие трупы без принятия каких-либо специальных мер в Египте, средиземноморских странах и других местах, где были благоприятные условия для образования мумий.За последние годы также были открыты ископаемые мумии животных. Известны мумии гигантских ленивцев из Южной Америки, динозавров из Северной Америки и других животных.Известны прекрасно сохранившиеся остатки и других древних животных: медуз, насекомых, птиц с перьями, летающих ящеров и т. д.Интересный материал для изучения сохранения ископаемых остатков дают известные пещеры Киево-Печерской лавры. Первые пещеры там были вырыты людьми 15—20 тысяч лет назад для жилья. В середине XI века в районе двух больших пещер был основан Печерский монастырь. С древнейших времен и до середины XVII века пещеры были кладбищем. Среди погребенных в пещерах покойников некоторые, захороненные в более благоприятных условиях, высохли без гниения, мумифицировались. В 1643 году мумифицированные трупы были названы «святыми мощами», потому, что считались останками «святых». Впоследствии число их значительно увеличилось. Хотя в 1939 году специальной комиссией из археологов, антропологов, историков выяснено, что многие мощи – фальшивые и что в некоторых гробницах вовсе отсутствуют высохшие тела, все же были обнаружены и мумии. Как это объяснить?Высыхание трупов без разложения, иногда наблюдающееся в природе, – естественное явление. Оно происходит там, где нет гнилостных бактерий – главных виновников гниения. Они не размножаются в условиях постоянной температуры, сухого воздуха, в мягких, пористых осадках. Именно такие условия и наблюдаются в лаврских пещерах: температура в них зимой и летом почти одинакова – 10—12 градусов тепла, мощные слои пористых лёссовых грунтов гигроскопичны, хорошо обеспечивают сухость и циркуляцию воздуха. Вот почему часть погребенных тел высохла, мумифицировалась. И это природное явление было искусно выдано духовенством за «божье чудо» и использовано для поддержания религии, для обмана народных масс.Подобные естественные мумификации человеческих трупов известны в катакомбах Гванахванто в Мексике, в Риме и ряде других мест, где хорошо сохранилось множество высохших тел умерших.Мы познакомились с главнейшими путями образования и сохранения палеонтологических памятников. Большинство исторических документов животного и растительного миров было уничтожено теми же силами, которые беспрерывно действуют на Земле, разрушая и сглаживая поверхности материков.Имеющиеся в нашем распоряжении документы неполны. Они представляют лишь бесконечно малую долю того, что уже уничтожено и что еще скрыто в недрах Земли. Многое, к сожалению, уничтожено и людьми, недооценивающими этих документов. Но и то, что сохранилось, вместе со знанием и пониманием разнообразного мира ныне живущих растений и животных дает нам очень много для изучения истории жизни на Земле.