Текст книги "Занимательная биология"
Автор книги: Игорь Акимушкин
Жанр:
Биология
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 24 страниц)
Упрощенная схема происхождения люльки
Пока есть только гипотезы, и их больше двадцати. Обо всех рассказать невозможно, да и не нужно. Пожалуй, самая простая и общая схема происхождения океанов и материков такова. Многие ученые согласны между собой в том, что история нашей планеты развивалась по следующей (упрощенной мной) схеме.
Первоначально, по-видимому, все материки Земли были соединены в один конгломерат континентов. Этот гипотетический суперматерик называют Мегагеей. Современные Африка, Европа, Азия, обе Америки и Антарктида составляли единый массив суши. С востока и запада его омывали воды единственного в ту пору Тихого океана.
На континенте было несколько внутренних морей: Северная Атлантика и Южная Атлантика, Скандинавское море и древняя Арктика.
Затем случилось первое в истории Земли опускание земной коры. Море залило многие области древнего континента. Уцелевшие участки суши, так называемые континентальные щиты, никогда полностью не затоплявшиеся морем глыбы сиаля, послужили основой нынешним материкам.
Щитов было семь:
1. Канадский, объединявший древний материк Лавренцию [6]6
Назван он так по реке Святого Лаврентия, бассейн которой находится ныне там, где миллиард лет назад поднимались из моря черные скалы этого материка.
[Закрыть] , Гренландию и большую часть Северной Америки.
2. Фенносарматия, включавшая современную Скандинавию и большую часть Русской равнины – на восток до Урала, на юг до Черного моря.
3. Ангария, или Восточносибирский щит.
4. Очень небольшой по размерам Китайский щит, или Синия.
5. На месте нынешних Филиппинских островов тоже возвышался в ту пору небольшой материк Филиппиния; позднее его почти целиком поглотило море.
6. Самый южный щит – Антарктида. Возникнув на заре истории Земли, Антарктида, по-видимому, до конца дней останется единым материком.
7. Гондвана, или Гондвания, – величайший из континентов мира, равного которому никогда не было в истории Земли. Названный так по малоизвестной местности в Индии, этот гигантский массив суши через миллиард лет после рождения и через 100 миллионов после смерти прославил свое имя, правда – увы! – пока лишь в узком кругу представителей науки. Но давно пора, мне кажется, познакомить с великой Гондванией и широкую публику.
Материк Гондвана покоился на нескольких щитах – Бразильском, Африканском (включавшем и Переднюю Индию) и Западноавстралийском, объединяя земли этих ныне далеких друг от друга стран в единый континентальный массив.
Позднее в течение сотен миллионов лет географическая, или, вернее, палеогеографическая, карта мира не раз меняла свой вид и пестрела многими названиями новых материков и морей. Только великая Гондвана благополучно переживала все геологические потрясения и сохраняла в целости свои границы. Она была ареной титанических битв между динозаврами, ее попирали ноги величайших из великанов – бронтозавров и диплодоков и с ее просторов поднялись в небо первые авиаторы – птеродактили. Лишь за 100, а может быть, за 70 миллионов лет до наших дней этот гигантский конгломерат стран распался и континенты приобрели свои нынешние очертания.
Началась новая эра в истории океанов и материков и жизни, их населяющей.
Из тверди небесной или из недр земных?
Тем или иным способом: с помощью блуждающих континентов, круговорота магмы, эмигрировавшей Луны или еще как-нибудь, но впадины океанов и морей все-таки образовались. Все было готово к принятию «рассола», в котором позднее зародилась жизнь. Оставалось лишь наполнить океанские чаши водой.
Возможно, это случилось так.
Когда земной шар покрывался «корочкой», водяные пары, выброшенные из его недр, сгущаясь в атмосфере, заслонили небо черными тучами. Вся планета от полюсов и до экватора укутана была, словно ватой, сплошной оболочкой из облаков, приблизительно такой, как сейчас у Венеры.
И вот из этих туч полил дождь. Никогда мир не знал такого ливня. Проходили годы, а дождь все лил и лил. Может быть, шел он сто лет, а может, и тысячу. Воды, затопившие континенты, хлынули в низины, бушующими каскадами низвергались с плоскогорий в пропасти, наполнили до краев котлованы между материками. И образовались океаны и моря.
В последние годы, впрочем, многим ученым нарисованная мной драматическая картина всемирного потопа не кажется достаточно реальной. Они полагают, что океанские впадины могли наполниться водой и не из грозовых туч [7]7
Один кубометр воздуха при температуре в 100 градусов и давлении в 760 миллиметров ртутного столба может содержать лишь около 600 граммов воды. Это значит, чтобы наполнить водой все океаны и моря, толщина атмосферы должна быть в несколько тысяч километров.
[Закрыть] .
Вероятно, «четвертая часть океанской воды, – пишет Ательстан Спилхауз, американский океанолог, – была выделена на поверхность планеты внутренними взрывными процессами в последнюю сороковую часть существования Земли».
Извержения вулканов и выход на поверхность магматических пород происходили и в предыдущие миллионы лет (не только в последнюю сороковую часть истории Земли), и у нас нет оснований считать, что в ту богатую событиями эпоху вулканы извергали меньше воды, чем сейчас.
Поэтому полагают: за 2 миллиарда лет из недр земли выделилось столько ювенильной, то есть новорожденной, еще не поднимавшейся на поверхность воды, что ее вполне хватило, чтобы до краев наполнить океаны и моря.
Если вулканическая деятельность будет продолжаться и впредь, то через несколько сот миллионов лет вся суша нашей планеты может оказаться под водой – так много выделяется ее при извержениях [8]8
Но и на этот счет в науке есть особое мнение: весь запас воды в мантии Земли приблизительно равен 2 · 10 25граммов. Чтобы наполнить океаны, веществу мантии (толщиной в 700–800 километров) пришлось бы потерять всю воду. А это, говорят, маловероятно.
[Закрыть] .
Кроме того, ветры и реки ежегодно сносят в море миллионы тонн образующих сушу пород, что, конечно, тоже расширяет владения Нептуна.
Однако в ногу с этим, очевидно, идет и обратный процесс: море все время становится глубже. Океанское дно опускается. В бездне моря господствуют ведь очень низкие температуры – около нуля градусов. На глубине, например, уже 4000 метров температура в среднем около 6 градусов. А на суше на такой же глубине – 135 градусов.
Поэтому, думают некоторые ученые, под холодным морским дном земная кора охлаждается значительно быстрее, чем под континентальными массивами, оттого она здесь и сильнее сжимается. Сжимаясь, прогибается вниз, и океан становится глубже.
Всем известно, что морская вода соленая, но почему она соленая, толком не знает никто. А давно ли море стало соленым? И на вопрос этот у науки пока два ответа: первый – очень давно, второй – не очень.
Одни ученые пришли к выводу, что океан еще до появления жизни на Земле стал соленым и с той поры его соленость ни качественно, ни количественно по существу не менялась.
Другие полагают, что жизнь развилась в океане, который был не очень соленым. Осолонение наступало постепенно: соль приносили реки. Ведь в реках вода хотя и пресная, но тоже, конечно, содержит растворенные соли, только их в речной воде в 70 раз меньше, чем в морской (всего 0,05 процента), и поэтому она не кажется нам соленой.
Если солей в реках так мало, то могут ли они осолонить море? Они скорее опресняют его.
Реки и опресняют море и осолоняют его. Опреснение – явление, так сказать, местного порядка, оно захватывает только те районы моря, которые прилегают к устьям больших рек.
Затем речная вода смешивается с морской и часть ее, испаряясь на Солнце, улетучивается в облака, а соли, принесенные реками, остаются в море. Подсчитано, что ежегодно реки континентов несут в Мировой океан более 2 834 000 тысяч тонн всевозможных веществ – одну шестнадцатимиллионную часть всего количества солей, растворенных в нем [9]9
Член-корреспондент Академии наук СССР Олег Александрович Алекин в своих подсчетах получил еще более значительные цифры: 3 265 000 тысяч тонн растворенных веществ выносят в океаны каждый год реки всего мира.
[Закрыть] .
Доля небольшая, но нужно учесть, что реки приносят в море свой соляной груз уже очень давно: без перерыва 2 миллиарда лет! Срок вполне достаточный, чтобы даже по капле «засолить» море.
Правда, бóльшая часть речных солей, попадая в море, быстро выпадает в осадок, откладывается на дне, и под чудовищным прессом из водных толщ формируются здесь из осадков новые горные породы.
Есть и еще одно серьезное возражение против гипотезы о постепенном осолонении моря реками. Речная вода и вода морская содержат не одни и те же растворенные вещества.
В морской воде преобладают хлориды – соли соляной кислоты – и особенно поваренная (на ее долю приходится три четверти морских солей). В речной же воде поваренной соли в десять раз меньше, зато больше соды и извести, так называемых карбонатов – солей угольной кислоты. Кроме того, в морской воде много натрия, а в речной – кальция.
Значит, разница между солями морскими и речными не только в количестве, но и в качестве.
Однако сторонники «речной» теории, чтобы подкрепить ее, придумали довольно остроумную гипотезу. Вначале, говорят они, вода в море была такая же, как сейчас в реках, только чуть солонее. Животные, которые затем расплодились в океане, изменили соотношение солей в морской воде. Ведь почти все обитатели моря «выуживают» из него карбонаты и кальций, из которых строят свои скелеты, раковины и домики. Жизнь существует на Земле по крайней мере 2–3 миллиарда лет. За это время морскую воду «обработали» бесчисленные легионы живых организмов: вылавливали из нее карбонаты и всячески избегали хлоридов. Оттого и стала она слишком хлорированной и малокарбонированной.
Но у этой гипотезы сейчас больше противников, чем преданных защитников.
По-видимому, все-таки море еще до бурного развития жизни в океане, во всяком случае уже в кембрии, геологическом периоде, которым начинается древняя эра истории Земли, было таким же соленым, как сейчас. С тех пор реки ненамного изменили качество морской воды. «Правильнее присоединиться к взглядам тех ученых, – пишет большой знаток моря, советский океанолог Лев Александрович Зенкевич, – которые считают, что за время, протекшее с кембрия, океан не претерпел в своей солености существенных изменений».
Но почему все-таки море стало соленым? Надо полагать, не оттого, что на дне его погребены кучи поваренной соли, хотя одно время и так думали.
Современная наука считает, что вещества, растворенные в морской воде, были вымыты текучими водами из магматических пород (частично принесены также и из атмосферы). Каждый литр воды «обработал» приблизительно 600 граммов изверженных пород, составлявший первоначально земную кору, и получился морской «рассол».
Где стояла люлька?
Наша планета и все предметы, существа, минералы, воды, леса, горы, то есть вся земная материя во всей ее многоликости, сложены из одних и тех же основных веществ, или элементов. Их уже известно сто четыре. Но многие из элементов настолько редки, что совершенно неприметны и мало проявляют себя в творческих актах природы. И если Землю и облепившие ее со всех сторон песчинки – горы, леса, города – разобрать на самые мелкие части, до молекул и атомов, мы увидим, что состоят они в основном из одного-двух десятков наиболее многочисленных под Солнцем элементов. Химики давно проделали этот опыт… Взяли пробы из разных мест и сфер жизни. После многих анализов убедились, что и человек, и древесный пень, и гора Эльбрус сделаны из одинакового вещества. Правда, в человеке много, например, кислорода и азота, а в Эльбрусе – кислорода и кремния, но и в том и другом есть и водород, и сера, и железо, и кальций, и магний и многие другие элементы. Если судить по материалам, из которых изготовлены оба эти чуда природы, можно сказать, что человек и кавказская гора в некотором роде братья – дети Земли.
В то же время они не во всем похожи – это заметит даже слепой. Ведь качества материала, из которого сложены человек и Эльбрус, разные: у одного вещество живое, у другого неживое.
Живых организмов на Земле великое множество, а их разнообразие безгранично (много ли сходства между кораллом и львом?) и все-таки все они живые: и лев, и губка, и мухомор составляют единый и особый мир нашей планеты.
Ясная граница, разделяющая живое и неживое, отчетливо обозначена в природе всюду. Кто провел ее? Как вещество перешло грань, разделяющую ныне два мира вселенной?
Религия и мифы говорят, что бог был первым нарушителем этой границы: он из неживого создал живое. Как, когда и, главное, для чего? – о том изобретатели бога рассказывают лишь сказки.
Человеку, который хочет знать правду, эта «гипотеза» ничего не дает. Даже если оставим все попытки докопаться до сути вещей и признаем безропотно (и бесхлопотно), что жизнь создана богом, капитуляция эта перед самой большой на Земле тайной совсем напрасна: она ничего не объясняет. Ведь главный вопрос о начальных истоках жизни все равно остается без ответа: откуда взялся в таком случае сам демиург? Кто создал бога?
Наука давно отказалась от бога как рабочей гипотезы.
Научные теории по-разному объясняют происхождение жизни на Земле.
Одни, не доверяя особенно местным творческим силам, приглашают варягов издалека: жизнь, говорят они, принесена на Землю из космоса, где она существует вечно. Как только какая-нибудь планета создаст у себя достаточно сносные условия для жизни, на нее прилетают из космоса «семена жизни» – споры бактерий и другие зародыши вроде гипотетических «космозоад». Переносят их с места на место по всей вселенной световые лучи, которые, как доказал наш знаменитый соотечественник, обладают давлением. Давление, конечно, мизерное, но ведь и бактерия – микроб в сравнении даже и с песчинкой.
Эта гипотеза привлекает больше своей поэтичностью, чем научной достоверностью, хотя недавние открытия органического вещества и, по-видимому, бактериальных клеток в метеоритах, бесспорно, привлекут к ней более серьезное внимание.
Другие ученые считают, что жизнь возникла на Земле, но как результат чрезвычайно редкого и неповторимого больше взаимодействия химических, физических и космических сил. Как в игре в кости, вдруг случайно выпало благоприятное сочетание всех костяшек-стихий, и жизнь получила шанс на выигрыш.
При тысяче других вариантов выигрыша могло и не быть.
Наконец, в третью группу можно объединить теории, которые считают, что жизнь – это логический и закономерный процесс совершенствования природы. Неживая материя на определенном уровне своего развития неизбежно становится живой, ведь живое вещество – более организованная часть вселенной. То есть обладает, как говорят физики, минимумом энтропии. А все во вселенной, как по наклонной плоскости, катится к максимуму энтропии. Одна лишь жизнь противодействует этому. Она возвращает миру свободную энергию – неэнтропированную.
Сейчас мало кто из ученых сомневается в том, что пролог космической эры человечества начался в море. Здесь неживая материя в неудержимом развитии перешагнула таинственный рубеж и приобрела новое неоценимое качество – одушевленность. Здесь зародилась жизнь.
Из аминокислот, растворенных в первобытном океане, сначала образовались белковые коацерваты, сгустки белка. Они-то и сделали первый шаг на пути жизненного прогресса – начали обмениваться веществами с окружающей средой. Разрываясь пополам, стали размножаться, постепенно приобрели и другие жизненно важные качества и превратились в миниатюрнейших одноклеточных созданий [10]10
Приближается время, когда первые живые существа будут синтезироваться в лабораториях. Недавно доктор Шпигельман из США объявил на весь мир, что он «сотворил» в пробирке живое вещество, которое через две минуты произвело на свет себе подобное. Это была рибонуклеиновая кислота – материализованный шифр наследственности одного из вирусов. Доктор Шпигельман утверждает, что за сутки можно путем самовоспроизводства получить 10 105фунтов этого вещества!
[Закрыть] . Белковым каплям удалось сохранить в первородном хаосе свою индивидуальность только потому, что приобрели они удивительное свойство – наследственность. Живая материя обрела истинное бессмертие. Отныне каждое существо, умирая, продолжало жить в своих потомках. Из миллионов индивидуальных вариантов выживали самые удачные, лучше приспособленные ко всему, что их окружало. Они сохраняли и дарили детям лучшие свои качества. А те, усовершенствовав их, как эстафету, передавали дальше из поколения в поколение.
Очень рано морская слизь (не вся, а часть ее) приобрела зеленое чудо-вещество – хлорофилл, а с ним не только зеленый цвет, но и способность ловить энергию Солнца и, обратя ее себе на пользу, творить с помощью фотонов сахар и другие вещества, необходимые для жизни. Так произошли растения.
Начало было сделано. Дальше развитие жизни пошло ударными темпами.
Случилось это приблизительно 3 миллиарда лет назад на мелководьях древнего океана в теплой, хорошо прогретой солнцем воде. Здесь и стояла люлька. Здесь море вынашивало своих первенцев.
Отсюда, набравшись сил, устремились они позднее на завоевание суши.
Первое на земле разделение труда
Некоторые простейшие одноклеточные существа имеют обыкновение соединяться вместе, в одну, как говорят биологи, колонию, которая сложена уже из многих однородных клеток. По-видимому, из таких вот первобытных союзов и развились животные многоклеточные, тела которых представляют, по сути дела, тоже «колонию» клеток, но не однородных, а разнородных: ведь каждая группа специализированных клеток, именуемая тканью, имеет свою особую структуру и выполняет в организме определенное назначение. Одни клетки питают общую «колонию», другие защищают ее, третьи передвигают, четвертые заботятся о продлении рода и т. д.
Некоторые биологи, впрочем, полагают, что многоклеточные животные развились из союзов не однородных, а первоначально уже разнородных клеток неодинакового происхождения, которым легче было приспособиться к несению разной службы в организме.
Эмпедокл, древний грек и мыслитель, первый, по-видимому, из людей всерьез задумался над трудными проблемами эволюции. Он решил, что сначала, очевидно, произошли разного сорта и размера глаза, уши, волосы, пальцы и руки, а потом срослись они в одно существо. Объединялись как попало, по воле случая, а не закона, и поэтому в первозданном хаосе получались самые фантастические сочетания: глаза, приросшие к рукам, ноги, сросшиеся с головой, уши на руках вместо пальцев! Все эти нелепые сочетания погибли. Выжили только нормальные организмы, сложенные по всем правилам из мозаики органов.
Теория, конечно, очень наивная, но она ценна заложенной в ней идеей эволюционного развития и естественного отбора.
Так или иначе, но к началу палеозойской эры, в первом геологическом периоде, который ее открывает, в кембрии, приблизительно 600 миллионов лет назад [11]11
Геологи прошлого столетия предполагали, что кембрий отстоял от наших дней на 50 миллионов лет. Современный календарь, основанный на исследовании радиоактивности древних пород, увеличил эти 50 миллионов лет в двенадцать раз.
[Закрыть] , в море уже бок о бок с одноклеточными животными обитали многоклеточные: губки, полипы, медузы, морские звезды, голотурии, черви, моллюски, крабы и странные, похожие на римские лампы существа – брахиоподы, или плеченогие. По-видимому, представители всех известных науке типов беспозвоночных животных уже бороздили моря кембрия [12]12
Свое название кембрий получил от Кембрийских гор южного Уэльса, где были сделаны первые находки его ископаемых. Камбрией римляне называли Уэльс. Силуры, давшие имя следующему геологическому периоду, – древнее племя, населявшее Камбрию.
[Закрыть] (даже хордовые, хотя их остатки не найдены в кембрии, так как, по-видимому, не могли сохраниться, оказались недостаточно твердыми).
Но рыб еще не было.
Лишь в следующем периоде, в силуре, появились первые предрыбы. Еще очень несовершенные, по существу без парных плавников, без челюстей (рот – простая беззубая щель), покрытые костяной, или «зубастой», броней. Их и назвали, этих первых похожих на рыб созданий, щитковыми, или остракодермами, то есть буквально «раковиношкурыми».
Эволюция произвела панцирных бесчелюстных рыбообразных от примитивных хордовых животных вроде ланцетника. Это странное создание и поныне еще роется в песке на мелководьях тропических морей. Особенно много ланцетников у берегов южного Китая. В Тайванском проливе их ловят тоннами и продают на рынках. Китайцы едят ланцетников.
Ланцетник напоминает рыбу лишь своими овальными очертаниями. Но у него нет ни настоящих плавников, ни челюстей, ни скелета, ни глаз, ни ушей (хотя он и чувствует свет поверхностью своего полупрозрачного тела). Большую часть жизни он проводит, зарывшись хвостом в песок. Лишь голова торчит наружу. Разевая рот, ланцетник глотает воду, процеживает ее, пропуская через щели по бокам головы, и выуживает из нее разных микроскопических созданий.
Вот из этих-то щелей, выполнявших вначале роль простой цедилки, и развились рыбьи жабры (и рыбьи челюсти! Позднее).
А хорда – хрящевая струна, протянутая природой внутри тела ланцетника от головы к хвосту, – дала начало позвоночнику [13]13
Кто ел пироги с вязигой, знает, какова на вкус хорда. Она еще сохранилась у некоторых рыб, например у осетров. Ее извлекают из позвоночника рыбы, сушат, а потом, соответственно обработав и назвав вязигой, начиняют ею пироги.
[Закрыть] .
Это значит, что животные, близкие к ланцетнику, были прародителями не только рыб, но и всех вообще позвоночных – и птиц, и гадов, и зверей, и человека, конечно. Это не вызывает сомнения. Но от кого произошли первые хордовые? Вот вопрос, который породил очень горячие споры.
За исключением моллюсков, которые никогда всерьез не принимались в расчет, все другие беспозвоночные животные фигурировали в разное время и в разных теориях в качестве наших далеких предков.
Правы, по-видимому, ученые, которые производят ланцетников и их родичей от морских червей аннелид. А те, в свою очередь, происходят, вероятно, от каких-то кишечнополостных животных. К ним зоологи относят медуз, полипов и кораллы.
Правда, в последнее время некоторые биологи, отклонив претензии червей, отдают иглокожим животным лестное право именоваться прародителями создателей космических ракет. Хотя взрослые иглокожие ни на кого из других обитателей нашей планеты не похожи, их личинки, как утверждают специалисты, наделены некоторыми чертами, сближающими их с позвоночными.
Если это так, то морские ежи, звезды и голотурии – наши кузены в мире безмолвия.
