Текст книги "Путешествие в прошлое"

Автор книги: Лев Голосницкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 7 страниц)

Появляются углеводороды

При вулканических извержениях из недр планеты вырывались на поверхность расплавленные массы карбидов, то есть соединений металлов с элементом углеродом. Углерод всем хорошо известен. Сажа, скопившаяся в печной трубе, графит, из которого изготовляют карандаши, и драгоценный камень алмаз – все это углерод в свободном виде. С карбидами вступали во взаимодействие вода и водяные пары. При этом углерод соединялся с составной частью воды – водородом, образуя углеводороды.

Возникшие углеводороды в большом количестве растворились в первобытных водоемах, вошли в состав насыщенной влагой атмосферы.

В углеводородах, как показывают лабораторные опыты, таятся большие возможности химических превращений. Вот, например, какой опыт был проделан знаменитым русским химиком Бутлеровым: он растворил формалин, молекула которого состоит из одного атома углерода, одного атома кислорода и двух атомов водорода, в известковой воде. Через некоторое время раствор, постоявший в теплом месте, стал сладким. Это произошло потому, что шесть молекул формалина соединились между собой в одну, более сложно построенную молекулу сахара.

Образуется аммиак

Из недр Земли изливались не только соединения металлов с углеродом – карбиды, но и соединения металлов с газом азотом, так называемые нитриды.

При действии на них водяных паров нитриды образовывали соединение азота с водородом – газ аммиак (водный раствор аммиака всем известен под названием нашатырного спирта). Аммиак вошел в состав первичной атмосферы Земли.

Возникают простейшие органические вещества

Шло время. Многие углеводороды легко соединялись с водой, образуя спирты, жиры и другие вещества, содержащие углерод, водород и кислород. Это были простейшие органические вещества.

Первичные органические вещества образовались из неорганических чисто химическим путем. Учёные называют органическим веществом вообще все соединения углерода. Таких соединений в природе известно более миллиона. Из них только белки обладают признаком жизни – способностью к обмену веществ.

Органические вещества усложняются.

Возникают аминокислоты

Все сложнее и многообразнее становились химические реакции в веществах неорганической природы. Простейшие органические вещества присоединяли азот в форме аммиака. В результате появился новый тип органических веществ – аминовые кислоты, в состав которых входит, кроме углерода, водорода и кислорода, также азот.

Появление аминовых кислот сыграло исключительно важную роль в возникновении жизни. Учёные установили, что живой белок в телах животных и растений построен из отдельных звеньев – из различных аминокислот. Аминокислоты – это как бы кирпичики, из которых построено сложное здание молекулы белка. Огромная белковая молекула состоит из тысяч или десятков тысяч молекул аминокислот. Эти кислоты хорошо изучены в лабораториях. Они даже получены искусственно – из аммиака, воды, водорода и газа метана. На первобытной Земле в природных условиях тоже должны были образовываться различные аминокислоты.

Образуются носители жизни – белковые вещества

Если в лаборатории приготовить раствор аминокислот и подвергнуть его сильному давлению, то можно получить белковоподобные соединения.

Высокие давления распространены в природе – например, в недрах земли, в глубине морей и океанов. Следовательно, в первобытных морях имелись условия, при которых мог происходить синтез (соединение) аминокислот в молекулы белкового вещества.

В белках проявляются свойства, резко отличающие их от всей неорганической природы. В живом белке непрерывно происходят процессы восстановления и распада; они сочетаются между собой в определенном порядке и все направлены к единой цели: к постоянному самосохранению, к постоянному самовоспроизведению организма.

Белки – носители жизни. Ф. Энгельс говорит: «Когда химия порождает белок, химический процесс выходит за свои собственные рамки… он вступает в некоторую более богатую область – область органической жизни».

Как же возникли в материи признаки жизни, каким образом белковое вещество стало живым существом?

Ответить на этот вопрос помогают лабораторные опыты с коацерватными каплями.

Капли, способные «питаться» и расти

Смешаем растворы органических веществ, например желатина, с гуммиарабиком. До смешивания растворы этих веществ были прозрачны После смешивания они замутятся. Посмотрим на капельку помутневшего раствора в микроскоп. Мы увидим маленькие плавающие в жидкости, резко очерченные капельки. Учёные называют их коацерватами. Это название происходит от латинского слова, означающего «собираться в кучу, в рой».

Оказывается, что почти все находившиеся в растворе органические вещества собрались, сконцентрировались в этих каплях.

В коацерватах есть зачатки некоторой организации: они обладают способностью улавливать различные вещества из окружающего раствора, увеличиваться за их счёт. Если, например, добавить к жидкости, в которой плавают коацерваты, какую-нибудь краску, то можно наблюдать, как частицы краски быстро перейдут из жидкости в коацерватные капли.

Как показывают исследования, в коацерватных каплях идет и обратный процесс – процесс распада, разложения вещества. Если поглощение частиц из раствора, их объединение идет в капле быстрее, чем распад, то такая капля будет устойчивой, станет увеличиваться в объеме. Достигнув определенной величины, она делится.

Подобные коацерватные капли могли возникать в древних водоемах, где имелись растворы органических веществ.

Судьба капелек была различна. Одни росли сравнительно быстро, другие – медленнее, третьи, просуществовав короткое время, растворялись, исчезали. Причина этого ясна. На развитие капель влияли местные условия окружающей среды. Условия же эти были различны: в одном месте было больше тепла, в другом – меньше; одни капельки находились на ярком свету, другие – в темноте. Разными были также давление, количество растворенных в воде веществ. В зависимости от различных внешних условий каждая капля развивалась по своему собственному пути, и это привело к очень важным результатам.

Вот как рисует академик А. И. Опарин дальнейший путь развития первобытных коацерватных капелек, стоящих на грани живого и неживого:

«Если явления, происходившие в капле, ускоряли процесс распада или замедляли процессы синтеза (соединения), то такого рода формы коацерватных капель исчезали, а право на дальнейшее существование получали такие формы капель, которые были динамически устойчивыми и в которых эта динамическая устойчивость все более и более нарастала. Так возникла новая закономерность, являющаяся уже закономерностью биологического порядка; в неорганическом мире её нет. Это закономерность, которую мы можем обозначить как естественный отбор капель. Дальнейший прирост коацерватных капель шел под строгим контролем этого естественного отбора.

Постепенно менялось и качество организации коацерватных капель. Причем эти изменения совершались в определенном направлении все большей согласованности процессов распада и синтеза, что приводило к все более гармоничной организации коацерватных капель. Именно этот процесс и привел в конечном итоге к возникновению таких систем, которые можно смело назвать белковыми телами, наделенными обменом веществ, то есть к возникновению простейших организмов».

…И вот мы с вами снова на берегу древнего моря. Снова видим мы мрачные скалы первобытной Земли, катящиеся из мрака волны, тяжелую пелену низких туч. Но этот пустынный, сумрачный пейзаж уже не гнетет нас: мы знаем, что заря жизни занимается над нашей планетой.

Пока эта жизнь таится в водоемах – скудная, незаметная жизнь одноклеточных существ, похожих на современных амеб и бактерий. Эти существа во множестве живут в теплых водах мелких бассейнов, покрывают уступы скал слизистыми пленками своих колоний. Живут уже многие десятки тысячелетий…

Но ведь ничто в окружающем нас мире не находится в застое, вся материя, её любые формы находятся в непрерывном изменении и развитии.

Как же будет развиваться дальше жизнь? По какому пути пойдет её дальнейшее совершенствование?

Природа нашла поистине замечательный путь. В результате развития колоний одноклеточных появились многоклеточные существа, состоящие уже не из одной, а из многих клеток, объединенных в один организм.

В истории жизни на Земле было несколько особо важных событий, как бы поворотных пунктов в её развитии. Первым таким особо важным событием и было появление многоклеточных организмов.

Клетка-бактерия сама осуществляла все жизненные процессы и продолжала оставаться все тем же одноклеточным, сравнительно просто устроенным существом. В клеточных же сообществах жизненные процессы разделились между отдельными клетками. Одни клетки приспособились для обнаружения пищи, другие – для её поглощения, третьи – для её переваривания и так далее. Иными словами, у многоклеточных организмов постепенно появились щупальцы, рот, желудок и другие органы.

Каждая клетка в сообществе утрачивала былую универсальность, но зато свою узкую задачу стала выполнять гораздо лучше.

Многоклеточные существа стали активно охотиться за добычей, защищаться или прятаться от врагов-хищников. Они быстрее и лучше стали приспосабливаться к условиям окружающей среды.

Как появились растения и животные

Уже на заре жизни произошло разделение живой природы на мир растений и мир животных.

Основное различие между растительными и животными организмами заключается в способе питания.

Первичные микроорганизмы питались только теми органическими веществами минерального происхождения, которые были растворены в первобытных водоемах.

Но с течением времени количество этих веществ все уменьшалось. В конце концов живые организмы должны были погибнуть, исчезнуть с лица земли или выработать в себе какой-либо способ самим создавать питательные органические вещества из окружающих материалов неорганической природы.

«Некоторым живым существам удалось это, – говорит академик А. И. Опарин. – В процессе последовательного развития они выработали способность поглощать энергию солнечных лучей, за счёт этой энергии разлагать углекислоту и из её углерода строить в своём теле органические вещества. Таким образом, возникли простейшие растения, остатки которых можно обнаружить в древнейших отложениях земной коры. Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но в качестве источника пищи им стали служить теперь водоросли. Это были первые простейшие животные…»

Когда вы посмотрите на тянущуюся к свету листву растений, подумайте о том, что перед вами своеобразная «зеленая лаборатория», в которой происходит замечательный процесс фотосинтеза. Этими веществами питаются, в конечном итоге, все животные и сам человек. Без растений животное население Земли умерло бы от голода.

Но этим не ограничивается роль растений в развитии жизни на Земле. Очищая воздух от углекислого газа, растения в то же время обогащают его кислородом, нужным для дыхания всем живым существам.

Животные, в свою очередь, выделяют при дыхании углекислый газ, которым питаются растения.

Таким образом, между растительным и животным миром существует тесная и неразрывная биологическая связь.

Мир беспозвоночных животных

В протерозойских пластах осадочных пород мы уже находим остатки живших тогда организмов: отпечатки морских водорослей, морских червей, иглы губок, остатки брахиаподов, обладавших двустворчатой раковиной.

Все животные, обитавшие в архейской эре и в протерозое, были беспозвоночными.

У позвоночных животных, которые появились значительно позднее, внутри тела имеется спинной хребет, или позвоночник, составляющий основу скелета; при этом скелет находится внутри их тела, покрыт снаружи мускулами и кожей. У более же примитивных животных такого позвоночника нет, да у большинства из них вообще нет твердой внутренней основы.

Однако у многих беспозвоночных имеется наружная твердая защитная оболочка. Таким своеобразным внешним скелетом являются раковина у моллюска, хитиновый панцирь у современного насекомого и у рака.

О богатстве органического мира в протерозойскую эру свидетельствуют не только мощные слои известняков, образовавшиеся из скоплений раковинок микроскопических животных; в протерозойских слоях имеются залежи минерала шунгита, похожего на антрацит. Этот углеподобный минерал образовался из остатков древнейших морских водорослей.

Суша протерозойских материков была по-прежнему пустынна. Лишь во влажных низинах и на омываемых частыми дождями скалах могли существовать микроскопические водоросли, колонии бактерий и пленки низших грибов.

 Жизнь продолжает развиваться. Наступает палеозойская эра

Палеозойская эра, или эра древней жизни, начинается с того времени, когда жизнь уже прочно завоевала все океаны Земли. В пластах осадочных пород, образовавшихся в это время, встречаются многочисленные остатки и отпечатки растительных и животных организмов. Первый, самый древний период палеозоя учёные назвали кембрийским.

Кембрийский период

Во многих местах выступают на поверхность земли толщи осадочных кембрийских пород, образовавшихся свыше 400 миллионов лет назад. Это главным образом песчаники, известняки и глинистые сланцы – твёрдая горная порода тёмно-серого или чёрного цвета, состоящая из глины, кварцевой пыли и некоторых других минералов.

Кембрийские пласты образуют береговой уступ Финского залива и распространяются к востоку до Ладожского озера. Они залегают мощными слоями в Сибири – между Енисеем и Леной, в Прибалтике и Ленинградской области, на полуострове Уэльс в Западной Англии. От древнего названия Уэльса – Камбрия, где отложения этого времени хорошо сохранились, и происходит название периода.

В кембрийское время обширная суша простиралась в Южном полушарии, охватывая территорию Южной Америки, Африки, Индии и западную часть Австралии, соединяя их в один материк – Гондвану. От области Гондвана в Индии произошло название этого древнего южного материка.

Дно кембрийского моря.

Океан Тетис отделял Гондвану от северных материков.

В кембрии началось наступление моря на сушу. Постепенно морские воды залили равнины Прибалтики, обширные пространства Сибирской платформы, Китайскую платформу. Среди морей поднимались гористые острова. Бурные горные реки бежали по их склонам, снося в море массы размытых горных пород.

В Саянах и Казахстане многочисленные вулканы выбрасывали тучи пепла. Оседая на землю, пепел превращался с течением времени в пласты вулканического туфа. Потоки лавы заливали подножия вулканов.

В Сибири медленно поднимались каменные складки Байкальской горной страны.

Кембрий был временем беспозвоночных морских животных и водорослей.

…Перед нами дно неглубокого и теплого кембрийского моря. Его покрывают плотные подушки известковых водорослей. В стенках их клеток отлагается известь, придающая растениям прочность и твердость. Среди водорослей покачиваются на тонких стебельках плеченогие животные, ведущие сидячий образ жизни. Они одеты двустворчатой раковиной, по бокам их ротового отверстия колышется пара спирально завитых щупальцев. Животные похожи на моллюсков, только у тех створки раковины закрывают правую и левую стороны тела, у плеченогих же створки прикрывают спинную и брюшную стороны.

Поднимая илистую муть, ползет по дну ракообразное животное трилобит. Его тело покрыто панцирем, в котором ясно различаются три части: головной щиток, членики туловища и хвостовой щиток. В продольном направлении тело трилобита также разделено на три части двумя бороздами, идущими вдоль спины. Отсюда и название животного: «трилобит» – по-русски – «трехдольный».

Рядом с трилобитом извивается многощетинковый червь. В поисках пищи он взбирается на пологий уступ, покрытый колонией археоциатов («древних бокалов»). Эти промежуточные между губками и кораллами животные действительно напоминают по виду широкие бокалы: они полые внутри и сужаются книзу. К лежащим на дне камням они прикрепляются с помощью длинных, похожих на корни волокон.

Над археоциатами проплывают студенистые куполы медуз…

Около 80 миллионов лет длился кембрийский период. К концу его вымерли многие виды трилобитов, просуществовав десятки миллионов лет, но в следующем, силурийском периоде появились новые многочисленные виды этих животных.

Археоциаты же вымерли полностью уже в первой половине кембрия. В музее мы видим окаменелые остатки этих древнейших морских животных, живших на Земле сотни миллионов лет назад.

Силурийский период

Древняя история Англии запечатлена в названии этого периода. Жестокие войны вел древний Рим, стремясь поработить другие народы. Кельтское племя силуров под предводительством храброго вождя Карадока стойко отбивалось от римских завоевателей. Но нашелся изменник, который предал Карадока врагам. Они отвезли вождя силуров в Рим. Увидев огромный и богатый, раскинувшийся на семи холмах город, Карадок воскликнул: «Странно, что собственники столь многих и превосходных владений позарились на наши убогие хижины!»

Карадок погиб в римской тюрьме, но, и потеряв вождя, силуры продолжали бороться за свою независимость и свободу. В названии силурийского периода сохранена память об этом отважном древнем народе.

Силур был временем широкого распространения моря на земной поверхности. Глубоким заливом вдавалось оно в область Прибалтики; почти все западные окраины Европейской части нашей страны представляли морское дно.

До пятнадцати тысяч видов различных морских животных нашли учёные в отложениях силурийского периода. Морские глубины населяли трилобиты и плеченогие, кораллы, различные виды иглокожих животных. Иглокожие животные живут в морях и сейчас. Это морские ежи, морские звезды, морские лилии Их характерной особенностью является известковый скелет состоящий из пластинок и игл. У них имеется простая по устройству кровеносная система, по каналам которой совершает кругооборот жидкость, похожая по своему составу на морскую воду. Питаются иглокожие водорослями и мелкими животными которых они втягивают в пищеварительную полость, имеющую вид трубки или мешка.

В витринах музея мы видим окаменелые остатки силурийских морских лилий и морских ежей.

Рядом с ними лежат раковины живших тогда головоногих моллюсков.

Головоногими этих моллюсков назвали потому, что та часть тела, которая у моллюсков называется «ногой», у них разрастается кругом головы. При этом края ноги вытягиваются в длинные щупальцы. Тело моллюска защищала конусообразная или изогнутая в виде рога раковина. У некоторых видов моллюсков раковина достигала одного метра в длину.

Живущие сейчас в морях каракатица, осьминог и «кораблик» – наутилус – это сохранившиеся до нашего времени представители головоногих моллюсков.

В силурийском море во множестве обитали граптолиты – похожие на медуз животные, жившие колониями. У них был скелет из роговидного вещества, оканчивающийся удлиненным острием. Остатки граптолитов образовали пласты черных сланцев. В слоях граптолитовых сланцев сохранились похожие на рисунки отпечатки их колоний («граптолит» по-русски означает «разрисованный камень»). Окаменелые веточки граптолитов имеют спиральную, винтообразную, перовидную форму. В отверстиях этих колоний некогда сидели их крошечные обитатели, соединявшиеся друг с другом каналами.

Граптолиты и их отпечатки.

В силурийский период появились панцирные рыбы. Их голову и переднюю часть туловища покрывал панцирь из костных чешуй. У панцирных рыб не было плавников, они вели малоподвижный образ жизни и жили, вероятно, на дне, зарываясь в ил. От настоящих рыб, появившихся позднее, они отличались отсутствием челюстей. Внутри тела у панцирных рыб имелся хрящевой скелет – хорда; таким образом, они были первыми примитивными позвоночными животными на Земле.

В отложениях этого периода сохранились остатки опасных хищников – ракоскорпионов, имевших мощные клешни.

В силурийском периоде произошло новое важное событие в истории жизни: растения и животные стали заселять сушу.

Первыми начали завоевание суши водоросли.

В силурийских морях и океанах происходили, как и сейчас, приливы и отливы. Водорослям, обитавшим в прибрежных зонах, приходилось часть суток проводить вне воды.

С течением времени они приспособились к периодическому временному обсыханию. Их кожица становилась все плотнее, все лучше защищала растение от потери влаги. И постепенно, шаг за шагом, некоторые морские водоросли приспособились к жизни на влажной почве побережий.

На дне силурийского моря.

…«Машина времени» переносит нас на берег одного из силурийских материков.

Однообразная, плоская равнина уходит в туманную даль. Скалы и песок… Низкие тучи несутся над землей. Вдалеке курятся вулканы, клубы пара поднимаются из трещин у их подножий.

Берег покрыт редкой порослью первых наземных растений псилофитов («голых растений»). Их хрупкие стебельки ещё лишены листьев. Они улавливают солнечный свет всей своей зелёной поверхностью и используют его энергию для образования питательного крахмала из неорганических веществ.

Первые наземные растения – псилофиты.

По влажному песку ползают черви и паукообразные членистоногие – первые беспозвоночные животные, тоже приспособившиеся к жизни на суше.

Скуден был мир этих первых наземных существ, жмущихся к воде, но в них таилась могучая сила, которая завоюет со временем необозримые пространства континентов, – всепобеждающая сила жизни.

Мощные пласты осадочных пород оставил после себя силурийский период. Вдоль южного берега Финского залива к Ладожскому озеру тянется глинт – обрыв возвышенности силурийских пород. Основание возвышенности состоит из кембрийских песчаников и синих глин, а верхняя часть сложена силурийскими известняками. Их мощность достигает здесь 200 метров.

В Сибири залегают силурийские зелёные и красные глины, песчаники, известняки, а также пласты мергеля – распространенной горной породы, состоящей из известковых и глинистых частиц. Из размолотого в порошок и подвергнутого обжигу мергеля получают цемент.

В горных местностях залегают слои известняка, образовавшегося из остатков силурийских морских водорослей. А в тех местах, где находились силурийские озера и морские лагуны, образовались пласты горючих сланцев. На дне этих мелководных бассейнов скапливались растительные и животные остатки, а также известково-глинистый ил. По прошествии миллионов лет эти скопления образовали тонкослоистую горную породу, окрашенную в тёмно-коричневый, желто-коричневый или серый цвет. Это и есть горючие сланцы. Они содержат в себе много органического вещества и способны гореть коптящим пламенем.

Горючие сланцы употребляют в качестве топлива на электростанциях, в котельных установках, на пароходах.

При их сухой перегонке получают газ и смолы. Газ используют для отопления зданий, а из смолы добывают бензин, керосин, лаки, аммиак и мною других ценных продуктов…

В конце силурийского периода усилилась деятельность тектонических (внутренних) сил. Во многих местах начали подниматься горные цепи.

Горообразовательные процессы того времени учёные назвали каледонскими – по имени Каледонских гор в Шотландии, где впервые была обнаружена горная складчатость силурийского периода.

Каледонские горообразовательные процессы, поднявшие могучие горные цепи, изменили распределение моря и суши, изменили условия внутри морских бассейнов.

Перемена сложившихся физико-географических условий привела к изменению органического мира Земли.

Возникновение суши там, где раньше простиралось море, вызвало гибель многих морских обитателей. Однако многие из них освоились в новых условиях, приспособились к ним, и это привело к появлению новых видов живых существ: разнообразных наземных растений и животных.