Текст книги "Исчезнувший мир"

Автор книги: Игорь Акимушкин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 15 страниц)

Игорь Иванович Акимушкин
Исчезнувший мир

От автора

Одни приходят, другие уходят – бесконечно видообразующее могущество эволюции.

Жизнь в веках многих детей природы эфемерна. Другие же упорны в борьбе за существование, неизменны в своем морфологическом и экологическом консерватизме словно сила инерции данного им изначально импульса не иссякла и продляет их дни. «Живыми ископаемыми» часто называем мы такие создания.

Эволюция некоторых видов животных прослеживается в палеонтологической летописи как непрерывная преемственная последовательность. Однако немало и таких, у которых связующие звенья в череде предков имеют большие разрывы. Заполнить их современная палеонтология еще не может…

А между тем так или иначе эволюция продолжается, совершенствует свои успехи. Каковы ее темпы? Можем ли мы узнать об этом? Приблизительно можем.

Большой авторитет в вопросах, касающихся эволюции, американский ученый Дж. Симпсон, приводит такой пример: в пресноводном озере в Канаде живут изолированно от других популяций обыкновенные тюлени (ларга). Изоляция эта началась от 3 до 8 тысяч лет назад. За упомянутый срок сменилась в озере в среднем тысяча поколений тюленей, и на Земле появился новый подвид обыкновенных тюленей.

У грызунов, обитающих на островах в отрыве от прочих своих собратьев, процесс возникновения новых подвидов еще более краткий: он свершается менее чем на 300 поколений.

Возникновение новых родов требует, естественно, много больше времени: у предков лошадей – примерно 5,6 миллиона лет, у аммонитов (вымерших головоногих моллюсков) – почти вчетверо больше.

Палеонтологии известны случаи еще более быстрых, чем у лошадей, темпов образования новых родов. Например, у хомяков, енотов и оленей, переселившихся из Северной Америки в Южную, – 1–2 миллиона лет.

Сходный по срокам процесс появления новых родов обнаружен у древних хищников. Однако в некоторые эпохи он был много более замедленным: новый род развивался за 8 (в раннем эоцене) и даже за 13 миллионов лет (в раннем плиоцене).

Становление новых видов также неодинаково во времени – от нескольких десятков тысяч лет до нескольких миллионов. Многое в видообразовании зависит от изменчивости или неизменности среды обитания, от генетических особенностей эволюционирующего животного, от селективной роли «пресса» хищников и от многих других причин.

Древняя мудрость, утверждавшая: «Все течет, все изменяется», находит четкое выражение в развитии животного мира, которое не стоит на месте, а идет вперед то ускоренными, то замедленными темпами, свершая каждый день неприметное еще для нашего глаза движение вперед.

С чувством глубокого почтения я благодарю ученых, чьи труды, большие и малые, помогли мне в работе над этой книгой: всех авторов 15-томной серии книг «Основы палеонтологии» (под редакцией академика Ю. Орлова), члена-корреспондента АН СССР И. Шкловского, академика В. Комарова, профессоров В. Громову, В. Друшица, А. Рождественского, Г. Мартинсона, академика Л. Габуния, В. Якимова, Б. Поршнева, А. Гангнуса, академика В. Обручева, Р. Эндрюза, Дж. Симпсона, А. Ромера, Й. Аугусту, З. Буриана, О. Абеля, И. Вальтера, Л. Лики, У. Хауэлса, Ф. Борда, Д. Нэйпир, О. Куна, К. Дозе, Г. Вендта, Э. Майра, В. Ли, А. Сэндерсона, Д. Грина и многих других, здесь не упомянутых.

Докембрий

Докембрий – древнейшая геологическая и палеонтологическая система. Составляют ее различные эры истории Земли. Докембрий включает 6/7 всего времени жизни планеты: от самых старых известных нам геологических пород до начала палеозоя и первого его периода – кембрия (570 миллионов лет назад). Таким образом докембрий охватывает около трех миллиардов лет. Более ранняя эпоха истории нашей планеты палеонтологическим исследованиям в настоящее время недоступна.

Очевидно, в криптозое (это самое крупное временное понятие в развитии жизни) существовали если не все, то, во всяком случае, многие типы многоклеточных животных. Но в те отдаленные времена они еще не обладали известковым скелетом, и потому не осталось от них никаких остатков. Однако из верхов докембрия (криптозоя) ныне накоплен большой материал в виде слепков тел проблематичных животных размерами до нескольких сантиметров в диаметре и многочисленные следы их жизнедеятельности (ходы, следы ползания и т. п.).

В низах фанерозоя (следующий, более молодой период – от кембрия до наших дней), именно в раннем кембрии, животные вдруг приобрели способность строить известковые скелеты, по которым и производится их систематик Они уже настолько сложны (археоциаты, губки, гидроидные полипы, моллюски, трилобиты, брахиоподы и даже, возможно, иглокожие), что, бесспорно, прошли длинный путь эволюционных преобразований. Что именно «позволило» им аккумулировать соли кальция, пока еще остается загадкой. Лишь предполагают, что в морях докембрия существовал дефицит этих солей.

Начало начал

Вначале был «конденсат с бесконечной плотностью». Вся наличная во вселенной материя (а значит, и энергия!) каким-то чудом умещалась в очень мизерном пространстве. Затем сверхвзрыв, равного которому мир с тех пор не знал, разбросал материю во все концы. В первые миллионные доли секунды от начала взрыва температура расширяющейся вселенной (а точнее, обозреваемой ее части – нашей метагалактики) была около 10 квадриллионов градусов. Но уже через секунду упала до нескольких миллионов градусов.

Астрофизики обнаружили, что в спектрах видимых галактик линии поглощения смещены в красные концы спектров. По закону Доплера это значит, что галактики расходятся. И чем дальше они от нас, тем быстрее летят и тем больше в красный край спектра сдвинуты линии поглощения их газов. Самые далекие от нас мчатся почти со скоростью фотонов, а проще сказать света – 300 тысяч километров в секунду!

«На некоторых этапах жизни галактик их ядра приобретают гигантскую светимость, превосходя по мощности излучение нашего Солнца в десятки тысяч миллиардов раз. Галактики с такими яркими ядрами получили название «квазаров» (академик В. Амбарцумян).

Наиболее дальний от нас из найденных до сих пор квазаров OH471, невзирая на противодействие гравитации несется, преодолевая за секунду больше 270 тысяч километров неведомого нам пространства. Он, OH471 обретается на самом краю мира, до него примерно 114 000 000 000 000 000 000 000 километров, или 12 миллиардов световых лет! (Световой год – космическая дистанция, которую фотоны пробегают за год своего путешествия во вселенной.) И хотя сейчас в распоряжении астрономов «…есть приборы, способные видеть еще дальше, пока ничего более удаленного, чем этот квазар, обнаружить не удалось. На этом основании делается вывод, что OH471 находится там, где все кончается» («Сайенс дайджест»).

В таком случае этот удивительный квазар – один из ранних выбросов взорвавшегося «конденсата». Как показывают новые расчеты (в частности, пересмотр константы Хаббла в 1971 году), «Большой взрыв» произошел примерно 18 миллиардов лет назад. Значит, квазар OH471 находится на передней границе расширяющейся вселенной, которая почти вдвое увеличивает свой объем каждые десять миллиардов лет. OH471 – сгусток самой древней материи. Изучая его, можно судить о том, какой была наша метагалактика в юности.

«Этот закон, названный законом красного смещения спектров галактик, а иногда называемый законом Хаббла, является одним из фундаментальнейших законов вселенной, одним из основных законов природы… В наши дни стало совершенно ясным, что предположение о некотором грандиозном процессе взрывного характера, давшем начало галактикам и сообщившем им различные скорости, является наблюдательным фактом, вполне согласующимся с материалистическими представлениями о вселенной» (Т. Агекян).

А что было до того, до первого взрыва в космосе (да и был ли он вообще, этот непостижимый взрыв, – сомневаются некоторые ученые), решат со временем астрофизики.

А пока мы твердо знаем: беспредельная или конечная вселенная существует. В каком же виде?

Силовые поля, плазма, нейтрино, протоны, нейтроны, электроны, фотоны – разные частицы атомов и сами атомы.

Среди атомов – две трети водородных, почти треть гелия и лишь сотая часть всех других элементов, известных на Земле. Значит, мир, в котором мы вращаемся в основном водородно-гелиевый.

Мир занят синтезом: при температуре в сотни миллионов градусов и под давлением в миллиарды атмосфер в недрах звезд (а их миллионы миллиардов!) и ядер легких элементов «куются» ядра тяжелых.

Но на Солнце, которое так жарко светит в летний полдень, созидается лишь гелий: из водорода. Почему? Да потому, что температура там слишком мала для синтеза тяжелых элементов. Так почему же они все-таки есть в атмосфере Солнца и в недрах его спутников? Железо, свинец, уран? А потому, что когда-то очень давно вещество, из которого сложена вся солнечная система было «телом» гигантской звезды. В ее утробе тяжелые элементы и родились. Потом звезда взорвалась, и из осколков «слиплись» Солнце и планеты. Значит, все мы состоим из атомов, бывших уже в употреблении.

Итак, пять миллиардов лет назад Солнце светило ярко и жарко. Но светило, можно сказать, попусту, никого не радовало: ведь Земли тогда еще не было. (Впрочем, есть достаточно убедительная гипотеза о том, что Солнце и все планеты образовались одновременно.) Не было и других планет. Только пыль космическая кружилась вокруг одинокого желтого карлика (так непочтительно астрономы называют наше Солнце).

Пыль была холодная: минус 200 градусов! Все плотнее сжималась она и плотнее. Медленно сгущалась. А потом расслоилась, и каждый слой слипся в твердый, бешено вертящийся шар. Родились планеты.

На третьем вертящемся шарике мы с вами и живем. Вначале он был очень «рыхлый», неплотный, огромный: больше нынешнего солнца – несколько миллионов километров в диаметре. Силы притяжения сжимали этот пылевой шар. Постепенно уплотнявшийся земной шар разогревала гравитация, а затем и радиоактивные вещества (уран, торий и другие) выделяли при распаде столько тепла, что земной шар стал плавиться. Потом он снова остыл, но только с поверхности. Случилось это 4,5 миллиарда лет назад.

Наша планета: минералы, воды, горы и все ее обитатели, то есть вся земная материя во всей ее многоликости, сложена из одних и тех же элементов. Их уже известно сто четыре. Многие 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 состоит она в основном из одного-двух десятков 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 сложены из одинаковых элементов. Правда, в человеке много, например, кислорода и азота, а в Эльбрусе – кислорода и кремния, но и в том и в 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. 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: из неживого он 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 оставить все попытки докопаться до сути вещей и признать 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 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 сносные условия для жизни, на нее прилетают из космоса «семена жизни» – споры бактерий и другие зародыши вроде гипотических «космозоад». Переносят их с места на место по всей вселенной световые лучи, которые, как доказал наш знаменитый соотечественник П. Лебедев, обладают давлением. Давление, конечно, мизерное, но ведь и бактерия – микроб даже в сравнении с песчинкой.

Эта гипотеза (ее называют панспермией) привлекает больше своей поэтичностью, чем научной достоверностью, хотя недавние открытия органического вещества и, по-видимому, бактериальных клеток, спор и будто бы пыльцы в метеоритах, бесспорно, вызовут к ней более серьезное внимание.

Другие ученые считают, что жизнь возникла на Земле, но как результат чрезвычайно редкого 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 развития природы. Неживая материя на определенном уровне 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 процессу.

«Как можно было бы выразить… ту удивительную способность организма, с помощью которой он задерживает переход к термодинамическому равновесию (смерть)?.. и таким образом поддерживать себя на постоянном и достаточно низком уровне энтропии» (Э. Шредингер).

До возникновения жизни на Земле в атмосфере кислорода не было (или было очень мало и лишь в самых верхних слоях).

Когда зарождалась Земля, кружась пылевым вихрем вокруг Солнца, ее атмосферу наполняли главным образом два газа – водород и гелий. Когда же она слиплась наконец в плотный шар, растеряв большую часть своего первородного водорода и гелия, в атмосфере Земли было много углекислого газа, азота, метана и аммиака. Кислорода еще не было.

И лишь когда растения одели планету в зеленый убор, кислород стал постепенно накапливаться под голубым куполом небес. Сейчас состав атмосферы уже совсем иной: азота в ней 78 процентов, кислорода – 21, углекислого газа – 0,03, водорода – 0,00005, а гелия – 0,00052 процента.

Полагают, что благодаря жизнедеятельности растений в атмосферу выделилось не меньше 26–52 квадрильонов тонн кислорода, в несколько десятков раз больше, чем содержится там его сейчас.

В первичной атмосфере, которая окутывала Землю до появления растений, и возникли первые организмы. «…В ядовитых атмосферах Юпитера и Сатурна гораздо больше шансов встретить преджизнь или даже какую-то примитивную жизнь, чем, скажем, на Венере или Марсе.

…От гипотезы панспермии наука отказалась. Но зато расцвела и утвердилась новая мегакосмическая концепция жизни – теория биопоэза. По этой теории космос – весьма благоприятная среда для возникновения сложных органических соединений.

…Жизнь готова самозародиться и развиваться везде, где для этого есть набор подходящих условий» (А. Гангнус).

И делается вывод: вселенная «содержит в себе, по крайней мере, сырье для будущих биохимических эволюции».

Даже на кометах есть такое «сырье»!

Больше того, именно на кометах и зародилась жизнь – утверждают известные ученые Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх в гипотезе о происхождении жизни и… пандемий (эпидемий глобального масштаба).

На поверхности ядер комет, по мнению этих ученых, «идеальные» условия для превращения неживой материи в живую. Одна из форм такой трансформации – вирусы и бактерии. Они попадают на Землю, когда наша планета в движении по орбите пересекает остатки вещества комет. Тогда-то будто бы и возникают сразу во многих районах земного шара эпидемические заболевания. Их внезапное появление и быстрое распространение трудно объяснить передачей заразных микробов от человека к человеку или при посредстве паразитов-переносчиков – вшей, клещей, тараканов и прочих насекомых. Подсчеты показывают, что этот процесс гораздо более медленный, чем стремительное продвижение по странам и континентам всевозможных пандемий.

Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх полагают, что страх и ожидание беды, которые испытывали прежде люди при появлении на небе комет, достаточно обоснованны: известные в истории губительные вспышки чумы, гриппа других заболеваний в основном совпадают с появлением на небосводе комет. Приносимая ими на земную поверхность инфекция сразу поражает многих людей. «Наша теория, если, конечно, она верна, будет иметь большое биологическое и медицинское значение. Возможно, что потребуется осуществлять в стратосфере постоянное микробиологическое наблюдение, чтобы предотвращать тот хаос, который в будущем может возникать от вторжения внеземных организмов» (Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх).

Но это уже дело медиков – разобраться в причинной связи комет и пандемий (если таковая существует). Мы же продолжим нашу тему – зарождение жизни на Земле.

Научная ситематическая разработка этой веками загадочной темы началась в 1924 году, когда была опубликована книга академика А. Опарина «Происхождение жизни». Выдвинутая в этой весьма знаменательной книге теория легла в основу, можно сказать, почти всех современных гипотез о происхождении жизни.

«…Возникновение жизни на Земле следует рассматривать как закономерный процесс эволюции углеродистых соединений» (Большая Советская Энциклопедия).

Возраст нашей солнечной системы примерно 5 миллиардов лет, Земли (как твердого шара) – 4,5 миллиарда. Осадочные породы, в которых найдены несомненные остатки бактерий, датируются 3,1 миллиарда лет назад. На 300 миллионов лет позже на Земле уже жили первые сине-зеленые водоросли. Именно в эту эпоху появились в каменных летописях Земли их «коллективные» известковые постройки – строматолиты.

Значит, на химическую и биохимическую эволюцию и на создание из приготовленных ими материалов первых живых клеток потребовалось около 1,4 миллиарда лет. А на все дальнейшее развитие жизни – вдвое больше времени. Первый процесс, несомненно, более сложный, чем второй. Что-то уж очень мало времени ушло на созидание природой органического материала и на сборку из него живой клетки.

Субстрат жизни – белок. Составные части белка – аминокислоты. Их всего 20. Соединяясь в разных сочетаниях друг с другом, аминокислоты образуют молекулы белков. В нашем теле десятки тысяч разнообразных белков, и все они сложены из двух десятков аминокислот, соединившихся в каждом белке в характерной только для него последовательности.

Лишь недавно биохимики составили достаточно ясное представление о том, как идет такой синтез в организме. А как шел он на планете при зарождении на ней жизни – пока загадка. Но что касается происхождения аминокислот, то исследования последних десятилетий прояснили эту туманную картину.

В 1953–1955 годах биохимик С. Миллер экспериментировал с довольно простым устройством, главной составной частью которого была колба, наполненная первичной «атмосферой» Земли: исходными веществами служили метан, аммиак, вода и водород. Через эту смесь пропускались электрические разряды, имитирующие грозовые воздействия на атмосферу юной еще безжизненной Земли.

И что же получилось? Чем наполнилась пожелтевшая вода в колбе? Синильной кислотой, углеводородами и другими органическими соединениями и, наконец, аминокислотами!

В последующие годы опыты Миллера повторили другие ученые – у всех после электрических разрядов из метана, аммиака, воды и водорода образовались аминокислоты. (П. Абельсон получил их даже из иной смеси веществ: водорода, окиси углерода, углекислого газа, водорода и азота.)

Затем такую же смоделированную первичную атмосферу стали «обрабатывать» другими физическими агентами: облучением рентгеном, электронами повышенной энергии, ультрафиолетом, наконец, температурой в тысячу градусов. И во всех случаях синтезировались аминокислоты. Иногда даже их полимеры! А в некоторых опытах получались и нуклеиновые основания – химические «бусинки» – структурные и функциональные основы ДНК (носителя наследственного кода). Насколько важно последнее, ясно будет из дальнейшего нашего рассказа.

«Результаты доказали, что на примитивной Земле имелись важнейшие для возникновения жизни строительные материалы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты и производные их соединения – пурин, пиримидиновые основания, даже нуклеозиды и нуклеотиды. Больше того, в немалом количестве и разнообразии встречались порфирины, к которым относятся гемоглобин и «зелень листьев» (хлорофилл), в общем, разный исходный материал, необходимый для образования высокомолекулярных соединений» (К. Дозе).

С 1964 года С. Фокс экспериментирует с микросферами. Это небольшие «шарики» (диаметром около двух миллиметров. Они образуются при растворении а затем конденсации протеиноидов – белковоподобных веществ, полученных химическим путем.

Микросферы интересны тем, что от внешнего мира отделены мембраной, хоть и отдаленно, но напоминающей оболочку живой клетки. При изменении определенных условий среды, в которой они находятся, микросферы диффундируют, просачиваются через мембрану наружу, оставляя последнюю совершенно пустой.

Их мембрана представляет отличный опытный объект для изучения обмена веществ и проникновения их через оболочки биологических клеток.