Текст книги "Борис Александрович Трофимов"

Автор книги: Борис Трофимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц)

ДРЕВНЕЙШИЕ ОБИТАТЕЛИ ЗЕМЛИ

 ...Низшие организмы являются наиболее распространенными как в пространстве, так и во времени...

А. П. Карпинский.

ДВЕ ЛИНИИ ЖИЗНИ

Остатки самых древних организмов не дошли до нас. Слои земной коры, в которых они могли сохраниться, сильно изменились. Они подвергались сильному давлению, действию значительной температуры и другим физико-химическим воздействиям. Однако в этих древнейших пластах находят углеродистые и известковые вещества органического происхождения. Таковы остатки самых древнейших организмов.В более поздних отложениях найдены остатки бактерий, имеющих вид микроскопических мелких шариков и палочек, похожих по форме на некоторых ныне живущих бактерий, а также сине-зеленых водорослей и некоторых беспозвоночных животных. Тем не менее о первых обитателях Земли и древнейших этапах развития жизни мы можем судить на основании изучения примитивных существующих ныне организмов.От появления первичных организмов на Земле, о чем говорилось в первой главе, до возникновения настоящих бактерий, древнейших водорослей я простейших животных прошло очень много времени.

Различные виды микроорганизмов

1 Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., ГосПолитиздат, 1955, стр. 13.

Архей и протерозой, по современным данным, охватывает период примерно в 1500 миллионов лет, то есть отрезок времени, втрое больший, чем от начала палеозоя до наших дней.Жизнь была на Земле уже в начале архея, и за это время, то есть за 1500 миллионов лет, она прошла значительный путь своего развития.Первые организмы Земли не были ни растениями, ни животными. Однако по способу своего обмена веществ, питанию они приближались к животным, то есть питались сложными органическими веществами. Ф. Энгельс, посвятивший много труда изучению развития жизни, писал: «Прошли, вероятно, тысячелетия, пока создались условия, при которых стал возможен следующий шаг вперед и из этого бесформенного белка возникла благодаря образованию ядра и оболочки первая клетка. Но вместе с этой первой клеткой была дана и основа для формообразования всего органического мира» 1.

Бактерии, вероятно, были первыми устойчивыми организмами, которые занимали главенствующее положение на древнейших этапах истории жизни. Без них не могут существовать многие более высоко развитые организмы, которые питаются ими и в свою очередь служат пищей для других. Крупнейшие бактерии имеют размеры до 1 сантиметра в длину, мельчайшие 0,002– 0,005 миллиметра.

Гигантская серобактерия (длина – около 1 см) беггиатоа с большим количеством зернышек серы

Характерным признаком бактерий является отсутствие у них настоящего ядра, типичного для более сложно устроенных одноклеточных организмов, например амеб. Но основное ядерное вещество, так называемая тимонуклеиновая кислота, у бактерии имеется. Другая примитивная особенность, характерная для многих бактерий, – способность жить за счет усвоения весьма простых неорганических веществ из почвы, воды, воздуха.Типичным примером подобным образом питающихся бактерий служат серобактерии и железобактерии. Как показали исследования выдающегося русского микробиолога С. Н. Виноградского, серобактерии окисляют серу и сероводород, превращая их в более сложные соединения, например в серную кислоту. Много их в морях. В Черном море, например, они живут на глубине около 200 метров и перерабатывают сероводород в серную кислоту. Глубже 200 метров в Черном море из-за скоплений там сероводорода жизни нет.Железобактерии, остатки которых известны из древнейших отложений, играют большую роль в химических процессах на Земле, принимая участие в образовании железных руд. Они живут в водах, которые содержат соли (закиси) железа, и окружены тончайшими нитевидными трубочками, возникающими из выделяемой ими слизи. Железобактерии перерабатывают закиси железа в своих трубочках в соли окиси железа. Когда трубочки станут целиком пропитанными железом, они спадают, а бактерии строят новые трубочки. В результате такой жизнедеятельности железобактерий за миллионы лет скопляется железо в виде залежей так называемых болотных железных руд.Большинство серобактерий и железобактерий превращает простые соединения в более сложные при помощи кислорода (окислительные реакции). Но у многих бактерий подобные превращения идут без доступа кислорода. Эти так называемые анаэробные бактерии содержат пигменты – красящие вещества, воспринимающие солнечные лучи, под воздействием которых и происходит синтез сложных соединений.Эти бактерии, вероятно, были уже в древнейшие времена, когда в атмосфере Земли было мало кислорода.Позднее, когда возникли различные растения и животные, разнообразие бактерий увеличилось. Достаточно сказать, что в комке плодородной почвы, в стакане грязной прудовой воды число их превышает количество людей на всем земном шаре. Возникли такие бактерии, приспособившиеся жить за счет растений, животных или их трупов. Возникли бактерии брожения, гниения, болезнетворные. Совсем недавно возникли бактерии, которые паразитируют на человеке и домашних животных. Велик мир бактерий. Они играют огромную роль в изменении лика Земли, в развитии жизни на ней. Ими наполнены почва, вода, воздух.В теле высокоразвитого млекопитающего животного, например жвачного или хищного, их содержится сотни миллиардов особей.Много общего с бактериями имеют сине-зеленые водоросли – самые древнейшие микроскопические растения, содержащие в своем теле пигмент, по которому они и получили свое название. Но между ними и бактериями имеются существенные различия. Сине-зеленые водоросли содержат ядерное вещество в виде зернышек, распыленных в протоплазме. Но самое главное – у них имеется хлорофилл. Хлорофилл – это то замечательное вещество зеленых растений, при помощи которого они, как писал К. А. Тимирязев, консервируют солнечные лучи и образуют сложные химические превращения веществ. Хлорофилл поглощает энергию солнца и использует ее на то, чтобы расщепить углекислый газ и освободить из него кислород.Значение хлорофилла не только в расщеплении углекислого газа на углерод и кислород. Из освобожденного углерода и воды при его посредстве образуются сложные органические соединения: сахара, крахмал, жиры, белковые вещества. Все эти сложные вещества образуются в теле растений из неорганических веществ благодаря деятельности хлорофилла. К. А. Тимирязев считал, что эти свойства хлорофилла (фотосинтез) дают возможность зеленым растениям играть огромную, как он говорил, космическую, роль. Она заключается в том, что, поглощая энергию Солнца и переводя ее в химическую энергию органических веществ, зеленые растения «скопляют», аккумулируют ее на Земле. Освобожденные при фотосинтезе частицы кислорода попадают в воздух и обновляют его состав.Развитие зеленых растений на Земле, которое началось с водорослей, все более очищало атмосферу Земли от углекислого газа и сделало ее способной поддерживать дыхание животных.

Сине-зеленые водоросли

Колонии сине-зеленых водорослей

Известно, что животные питаются только готовыми сложными органическими веществами – углеводами, жирами и белками. В основе их питания лежат бактерии, водоросли и другие растения. Кроме того, им нужно для дыхания содержание в воздухе значительного количества кислорода. В настоящее время его содержится в воздухе около 21%.Наш знаменитый геохимик академик В. И. Вернадский показал, что основной производитель кислорода на Земле – растения. Животное население земного шара выдыхает ежегодно около триллиона тонн углекислого газа, и примерно столько же тонн его выделяется в воздух при сжигании топлива в домах, на фабриках, заводах и т. д.Уместно отметить, что в связи с возрастающим потреблением кислорода и выделением углекислого газа в конце XIX века учеными овладело беспокойство. Один английский физик в 1898 году вычислил, что через 500 лет будет поглощен весь кислород. Другие считали, что «кислородный голод» наступит раньше, когда углекислого газа в атмосфере будет около 1 %.

Жгутиковые

К. А. Тимирязев выступил со статьей «Точно ли человечеству грозит близкая гибель?», в которой доказал, что человечеству нечего беспокоиться потому, что на Земле существуют растения. Он напомнил при этом об открытии английского химика Джозефа Пристли. «18 августа 1772 года, – эта дата стоит того, чтоб ее запомнить, – писал К. А. Тимирязев, – он ставит свой знаменитый опыт, который раскрывает взаимное отношение... двух миров, растительного и животного».Количество поглощаемого в течение года углекислого газа растениями земного шара равно примерно 86 500 000 000 тоннам. В атмосфере содержится его 1 530 000 000 000 тонн. Кроме того, человеком, животными, при горении, разложении органических веществ выделяется огромное количество углекислого газа. Если бы не было растений, неминуемо погибли бы животные и человек. Прогресс в мире животном невозможен без развития растений.Есть основания предполагать, что в архейскую эру климат Земли был значительно теплее благодаря большому содержанию углекислого газа в воздухе, а также потому, что сама Земля была теплее, а Солнце посылало на нее более горячие лучи. Жизнь все более и более расцветала в теплых водоемах того времени. Создавались новые формы растений, а атмосфера очищалась от углекислого газа и обогащалась кислородом.Растения и животные произошли от одного корня. Об этом говорят организмы, которые стоят на границе обоих царств органического мира. Ботаники их причисляют к растениям, зоологи – к животным. Эти интересныеорганизмы называются жгутиковыми. Их насчитывается около трех тысяч видов. Жгутиковые, как правило, – одноклеточные организмы, снабженные подвижными жгутиками, ударяя которыми по воде, они передвигаются. Одни из них имеют зеленый пигмент и питаются, как водоросли. Другие лишены пигмента и переваривают пищу, как животные. Широко известным представителем жгутиковых является эвглена, населяющая многие водоемы.Некоторые биологи считают, что от зеленых жгутиковых возникли растения, а от бесхлорофильных – животные.Так на заре истории жизни возникли две линии, два царства организмов. Одно из них – растительное – характеризуется способностью питаться простыми неорганическими веществами (автотрофное), другое – животное, – питающееся сложными органическими соединениями (гетеротрофное).Первыми обитателями Земли были бактерии, сине-зеленые водоросли и различные простейшие одноклеточные животные вроде корненожек, к которым относится известная амеба.

ОКЕАНЫ И МОРЯ – КОЛЫБЕЛЬ ЖИЗНИ
Расцвет жизни в воде

В протерозое и в первой половине палеозоя, то есть в течение 600 миллионов лет, жизнь продолжала развиваться главным образом в воде – в океанах и морях, которые были колыбелью жизни на нашей планете. Растения и животные суши стали развиваться значительно позже.Мы знаем, что в настоящее время органический мир океанов и морей велик и разнообразен. Там обитает множество примитивных по строению и древнейших организмов.В океанах и морях живет более 150 тысяч видов животных и около 10 тысяч видов водорослей.На первом месте стоят моллюски, их более 60 тысяч видов, ракообразных – около 20 тысяч, морских рыб – более 16 тысяч видов, одноклеточных – около 10 тысяч, червей и близких к ним животных – более 7 тысяч видов, кишечнополостных – около 9 тысяч, иглокожих – 5 тысяч, губок – 4 тысячи видов.Животных, которые живут в воде, гораздо больше, чем на суше. Из общего числа существующих сейчас 63 классов животных и 33 классов растений только в море живут 37 классов животных и 5 классов растений.Мир живых существ морей и океанов прошел грандиозный путь исторического развития.За этот огромный промежуток времени, о котором мы говорим, в развитии жизни на Земле произошло много великих событий. Вот главные из них.

Крупная одноклеточная водоросль

Зеленые водоросли

Первое событие – появление многоклеточных организмов, второе – возникновение и расцвет различных водорослей и морских беспозвоночных животных и третье – появление первых позвоночных животных.Величайшим скачком в развитии жизни было возникновение многоклеточных организмов, ибо это дало громадные возможности для ее дальнейшего прогрессивного развития.Это произошло, вероятно, следующим образом. Каждый одноклеточный организм представляет собой маленький, но необычайно сложный аппарат, способный осуществлять все жизненные функции: питание, выделение, дыхание, движение, размножение. Иное дело многоклеточные организмы. В них каждая клетка или группы клеток приспособлены к выполнению какой-либо определенной функции. В простых многоклеточных организмах, например у некоторых жгутиковых водорослей из группы вольвоксовых, такого разделения функций между клетками еще не было. Вольвоксы – шарообразные организмы – состоят сверху из одного слоя клеток, а внутри наполнены жидкостью. Они представляют собой как бы колонии одноклеточных существ, предков многоклеточных. В дальнейшем клетки таких организмов специализировались: одни клетки стали выполнять, например, двигательную функцию, другие – питательную, третьи – функцию размножения и т. п. Так возникли многоклеточные организмы с различными органами. Наиболее обоснованной теорией происхождения многоклеточных животных является теория, выдвинутая И. И. Мечниковым. По мнению И. И. Мечникова, исходной формой для многоклеточных была паренхимелла, сходная с личинкой губок – паренхимулой и личинкой кишечнополостных – планулой. Паренхимелла могла возникнуть из колоний жгутиконосцев, подобно вольвоксам. В дальнейшем у предков многоклеточных возникли защитные клетки наружного слоя (эктодерма), а внутренние клетки стали нести пищеварительную функцию и превратились в кишечную полость (энтодерму).Изменение и развитие древних многоклеточных организмов происходило по-разному в разных условиях среды. Одни из них стали малоподвижными, осели на дно и прикрепились к нему, другие сохранили подвижный образ жизни. Возникли разнообразные многоклеточные организмы: водоросли, а также губки, медузы и другие беспозвоночные животные, которые населяли древнейшие моря и океаны. Появление этих организмов относится к весьма отдаленному времени, но, несмотря на это, изменились они с тех пор очень мало и не дали начала другим животным.Способность к прогрессивному развитию проявили совсем другие древние многоклеточные животные, родственники медуз, – гребневики, которые обладали достаточной подвижностью. На определенной ступени своего развития они вынуждены были сменить образ жизни: плавание на ползание. Это повлекло за собой изменение строения: сплющивание тела, образование головы, появление различий между брюшиной и спинной сторонами. Так возникли водные черви. Постепенно у них выработалась большая подвижность, образовались мускульные волокна, появилась кровеносная и другие системы органов.

Амёба

Инфузории-туфельки

Гидроидный полип – одно из простых многоклеточных животных

Древние примитивные кольчатые черви дали начало членистоногим животным. Короткие нечленистые придатки, или параподии, кольчецов превратились в длинные суставные ножки, способные к весьма сложным движениям, головной мозг и вся нервная система у членистоногих увеличились и усложнились, а органы чувств, например глаза, достигли высокой степени развития. С начала палеозоя известны трилобиты, ракоскорпионы, низшие ракообразные. Позднее возникли паукообразные, многоножки и насекомые. Палеонтологические, сравнительно анатомические и эмбриологические данные показывают, что ракообразные произошли от одной группы кольчецов, трилобиты, мечехвосты, паукообразные – от другой, многоножки и насекомые – от третьей.Предки моллюсков были, вероятно, близки к кольчецам. На это указывают черты строения низших моллюсков и поразительное сходство эмбрионального развития (строение яиц и личинок, сходство стадий развития и пр.) моллюсков и кольчецов. Но у моллюсков возник нечленистый, концентрированный тип строения. Основные классы моллюсков появились в докембрии и хорошо известны с кембрийского периода Мшанки, плеченогие, также известные из древнейших отложений, происходят от каких-то червеобразных форм; имеют, с другой стороны, близость к кишечнополостным. Плеченогие – морские животные – внешне похожи на моллюсков, но их раковина открывается не в стороны, как у двустворчатых моллюсков, а снизу вверх. По бокам рта у них есть два выроста, названные «руками». Они являются органами дыхания и создают ток воды у рта. Плеченогие были широко распространенными животными в древних морях.

Кремневаягубка

Одиночный четырехлучевой коралл

Обширный и своеобразный тип иглокожих (морские звезды, ежи, лилии, офиуры или змеехвостки) возник и бурно развился задолго до кембрия от червеобразных предков. Вероятными предками их были свободноподвижные, двустороннесимметричные червеобразные животные с тремя парами разделенных внутренних полостей, не имевшие внутреннего и внешнего скелета.Все это происходило более 500 миллионов лет назад.Таким образом, жизнь в архейскую и протерозойскую эру была сосредоточена и развивалась в воде. Моря и океаны были колыбелью жизни на нашей планете.В следующую – палеозойскую – эру, которая началась около 500 миллионов лет назад и продолжалась более 300 миллионов лет, живые существа продолжали свое дальнейшее развитие. Эту эру делят на пять периодов: кембрийский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский.Первая половина палеозоя – кембрийский и силурийский периоды. Это было спокойное время в истории Земли. Материки располагались тогда ниже, чем теперь, и, следовательно, океаны занимали большую поверхность и образовывали много глубоководных морей.В них, как и в протерозойскую эру, обитали водоросли, ползали, плавали или чуть шевелились прикрепленные ко дну различные беспозвоночные животные. В большом количестве стали распространяться губки, археоциаты и трилобиты. Слово «археоциаты» в переводе на русский язык означает «древние бокалы». Их назвали так потому, что эти животные действительно напоминали бокал или кубок. Много их остатков найдено на территории современной Сибири в виде ископаемых рифов.

Трилобит азафус

Археоциаты были родственны губкам и кораллам, имели прочный известковый скелет и прикреплялись ко дну длинными нитями.Трилобиты, родственники ракообразных, внешне походили на мокриц и были, повидимому, сродни современным мечехвостам и морским скорпионам. Их тело, состоящее из головы, туловища и хвоста, покрывали щитки. Некоторые трилобиты были очень маленькими – величиной с горошину, другие достигали полуметра в длину. Они плавали или ползали в мелководных заливах, питаясь растениями и телами умерших животных.

В те времена в воде жили также многочисленные и разнообразные губки, кораллы, черви, плеченогие, моллюски, иглокожие (морские звезды, лилии, морские ежи). Но главных обитателей нынешних морей и океанов – рыб – еще не было. Первые редкие отпечатки рыб ученые обнаружили в поздних отложениях силурийского периода. Это значит, что возраст их достигает 400 миллионов лет! Какими же были предки рыб?

Колония низших хордовых животных граптолитов с плавательным пузырем

Долгое время наука не находила ответа на этот вопрос. Только исследования выдающегося русского эмбриолога Александра Онуфриевича Ковалевского, а также последние палеонтологические открытия пролили свет на загадку происхождения рыб. Оказывается, они возникли от морских червеобразных животных. Древние рыбы имели узкое, длинное тело. Внутри тела костей не было, но снаружи оно иногда было покрыто панцырем. Парными плавниками древние рыбы не обладали. Они были похожи на ныне живущих миног и миксин и вместе с тем на маленькое, длиною 5—7 сантиметров, простое по строению рыбообразное животное – ланцетника. Он живет в южных морях, в песчаном грунте, встречается и у нас в Черном море. Строение его замечательно, так как он имеет черты беспозвоночных и позвоночных животных. Тело его длинное, заостренное книзу, похожее на ланцет, состоит из ряда сегментов, то есть имеет членистое строение, как у многих червеобразных беспозвоночных. С другой стороны, с позвоночными его роднят наличие хорды, головной мозг, сложный жаберный аппарат.

Головоногий моллюск, пожирающий трилобита

Материки и океаны в кембрийском периоде

Внутреннее строение и личиночное развитие ланцетника, изученное А. О. Ковалевским, говорит о близком родстве как с низшими хордовыми – оболочниками и асцидиями, – так и с позвоночными животными, в частности рыбами.

Современный головоногий моллюск каракатица

Наиболее характерным признаком, отличающим хордовых животных, куда относятся ланцетник и ряд других близких к нему животных, а также все позвоночные, служит наличие хорды – спинной хрящевой струны или позвоночника, – расположение головного мозга над передней частью хорды, присутствие сложного жаберного аппарата или легких.В отложениях силурийского и девонского периодов найдены чрезвычайно хорошо сохранившиеся остатки древних рыб. По этим остаткам можно даже судить, как были расположены главные кровеносные сосуды и нервы.Самыми древнейшими известными нам позвоночными являются щитковые бесчелюстные. По внешнему виду они напоминают рыб, но рыбами их еще назвать нельзя. У них не было челюстей и парных плавников, как у миног и миксин. Их близкие родичи, так называемые панцырные рыбы, имели челюсти, парные плавники, обладали более усовершенствованным внутренним скелетом, головным мозгом и органами чувств. Но их тело сковывал массивный костный панцырь, покрывавший голову и передний отдел туловища. Все эти рыбы вымерли в девонском периоде, около 300 миллионов лет назад, уступив место хрящевым и костным рыбам.Существуют две точки зрения на вопрос о том, где появились первые позвоночные – в морях или пресных водах. В пользу морского происхождения говорит значительное количество растворенного в морской воде кальция, входящего в состав костей, а также обитание всех низших позвоночных в море. Сторонники пресноводного происхождения рассматривают причину возникновения скелета вообще как устойчивой опоры тела и считают, что он должен был возникнуть в проточной воде, активно противодействуя течению. Несомненно, что предки позвоночных обитали в зоне, где пресные воды граничат с морскими, – там и находят их остатки. Известные нам древнейшие позвоночные уже обладали костной тканью – панцырем, – внутренний же скелет их был, повидимому, хрящевым; в ископаемом состоянии он не сохранился. Замена хряща костью (окостенение хряща) произошла значительно позднее – у высших групп рыб.Следует отметить также, что соленость морской воды тогда была ниже, чем теперь, поэтому рыбы, вероятно, могли легче переходить из морской воды в пресную и наоборот.