Ричард Флинт - История Земли

Живое вещество состоит из структурных и функциональных единиц, называемых клетками; они могут быть уподоблены кирпичам или блокам, из которых строится здание, и, различаясь по форме и размерам, могут образовывать множество разнообразных функциональных систем. Каждая клетка окружена клеточной мембраной, полупроницаемой молекулярной "стенкой", через которую могут проходить вода и питательные вещества. Некоторые простые организмы состоят из одной клетки; другие представляют собой чрезвычайно сложные системы клеток, выполняющих множество разнообразных функций. Вне зависимости от степени сложности каждый организм сохраняет свою структуру и форму, в то время как через него проходит поток вещества, имеющего своим источником Землю, и энергии, происходящей от Солнца. Поток этот принимает форму химических реакций, осуществляющих разнообразные функции: питание, построение материала новых клеток, удаление отходов и воспроизводство особей. Другими словами, организм, созданный из клеток, живет. Период жизни отдельной клетки колеблется от нескольких минут до нескольких десятилетий. В конце концов она разрушается. Но тип клеток продолжает существовать, обладая способностью к воспроизводству.

Все живые организмы объединяются в три большие группы, две из которых - растения и животные - хорошо всем известны. В общих чертах мы можем определить различия между ними, сказав, что животные обладают способностью к произвольному перемещению, а растения не обладают. Однако более существенно биохимическое различие этих групп. Растения создают свою пищу путем химической реакции восстановления в процессе, называемом фотосинтезом. Процесс этот заключается в том, что он воздействует на углекислый газ (СО 2), отделяя кислород от углерода и используя воду и солнечную энергию. Растения образуют органические соединения, в которых солнечная энергия накапливается как потенциальная энергия, а остаточный кислород выделяется в свободном виде (О 2). Животные отличаются от растений. Они питаются веществами, которые уже созданы другими организмами, и поедают растения или других животных, которые в свою очередь питались растениями. При дыхании они поглощают свободный кислород из атмосферы или гидросферы и с его помощью окисляют органические соединения пищи. Растения тоже дышат, но менее активно.

Окисление - это процесс медленного сгорания, которое высвобождает энергию из углеродно-водородных соединений органических молекул. Это та энергия, которая была накоплена растениями в их тканях. Окисление создает возможность использования этой энергии во многих процессах. В процессе дыхания выдыхается СО2, который может сразу же снова вовлекаться в жизненный цикл растений. Таким образом, между растениями и животными существует двусторонняя связь, которая осуществляется путем реакций окисления и восстановления, причем основным предметом обмена служит кислород. В реакции восстановления растения выделяют кислород; в окислительных реакциях животные выделяют углекислый газ.

Третья группа организмов гораздо менее известна. Она охватывает царство одноклеточных организмов, не являющихся ни животными, ни растениями; сюда относятся зеленые водоросли, бактерии и одноклеточные простейшие, которые прежде считались животными. Тела у большинства простейших состоят из одной клетки или слабо дифференцированы. Предполагается, что зеленые водоросли были предками растений. В действительности простейшие как группа в целом предположительно являются общими предками и растений и животных, и потому тесно связаны с проблемой возникновения жизни вообще.

Давайте вернемся на минуту к вопросу циклов, упомянутому выше. Циклически повторяющееся движение элементов в биосфере подобно тому, которое происходит в неорганических оболочках. В главе второй мы описали круговорот пород как серию повторяющихся преобразований, при которых одни и те же химические элементы меняются местами и образуют различные соединения. Позднее они высвобождаются и образуют другие соединения, бесконечно повторяясь. Круговорот углерода и кислорода, при котором эти элементы временно входят в состав тел растений и затем животных, возвращаясь потом скова в растения, представляет собой биологический цикл. Этот цикл, как и круговорот горных пород, является составной частью движения вещества на Земле.

Как можно определить живое вещество? Пожалуй, ближе всего к этому определению стоит следующее утверждение: "Живое вещество состоит из компонентов, которые могут воспроизводить себя, изменяться и воспроизводить эти изменения". Эти способности обеспечивают передачу энергии и передачу информации. Отметим, что сама способность к воспроизводству является выдающимся свойством организмов. Неорганическое вещество к этому не способно. Мы могли бы добавить, не усложняя определение, а лишь отмечая интересный факт, что в общем молекулы органического вещества имеют большие размеры и более сложны, чем неорганические, и поэтому обладают большей способностью к изменениям. А постоянные изменения являлись отличительным свойством жизни на Земле в течение всей ее долгой истории и продолжают происходить и в наши дни.

Поскольку нас интересует древнейшая история биосферы, наиболее разумным представляется начать с обзора данных о жизни до начала фанерозоя, которые были получены при изучении древнейших ископаемых.

Хотя эти ископаемые немногочисленны и относятся к далеко отстоящим один от другого моментам времени, тем не менее они дают достоверные сведения. Они все датированы, хотя бы приблизительно, калий-аргоновым методом и могут быть положены в основу летописи древнейшей истории живых организмов.

Самые древние ископаемые, найденные в горных породах (табл. 2), представляют собой морские организмы: простейшие (бактерии) (фото 8) и растения, представленные одноклеточными сине-зелеными водорослями. Остатки были найдены в Южной Африке в породах, возраст которых насчитывает по крайней мере 3,2 миллиона лет. Эта дата означает, что в момент, когда возраст Земли составлял лишь одну треть современного, море уже было населено живыми организмами, хотя и самыми простейшими. Это был значительный шаг вперед.

Таблица 2. Основные события истории живого вещества и развития атмосферы и гидросферы. Заштрихованная площадь представляет относительное количество видов организмов. Звездочками обозначены ископаемые, возраст которых установлен калий-аргоновым методом. (Составлено по различным источникам.)