СодержаниеСледущая глава

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

 

Да произведет вода пресмыкающихся, душу живую.

Бытие

Земля возникла совсем недавно. Ее поверхность, сотрясаемая внутренними толчками, ходит ходуном. Из расселин вырываются газы и постепенно образуют атмосферу, поначалу очень разреженную. Притяжение планеты удерживает эту бурлящую оболочку, крайне ядовитую. Палит солнце, повиснув над бесплодными скалами. Окажись здесь живое существо, любое из нам известных, — его убьют ультрафиолетовые лучи, если оно не успеет погибнуть при первом же вдохе. Новорожденной планете предстоит претерпеть ряд коренных изменений, прежде чем на ней сможет появиться жизнь.

Никто не ведает, как все началось. Возможно, Вселенная возникла 10—15 миллиардов лет назад в результате гигантского взрыва, а возможно, она существовала всегда. Могло случиться так, что около пяти миллиардов лет назад Солнце, затем Земля и другие планеты образовались в результате конденсации холодного облака пыли и газа. [Стр. 3. Согласно теории «холодного» возникновения планет советского академика О. Ю. Шмидта и теории зонной плавки академика А. П. Виноградова, Земля как планета существует уже многие миллиарды лет (значительно больше пяти). - Все примечания, выделенные синим цветом, принадлежат редактору русского издания или переводчику]

Во всяком случае земная атмосфера, океаны и «сырье», из которого возникла жизнь, должно быть, появились из земных недр. Газы, находившиеся в камнях и между ними, поднимались на поверхность благодаря своему малому весу. Углекислый газ и водяной пар выходили наружу — через вулканы, фумаролы и расселины в земной коре.

Водяной пар, конденсируясь, превращался в водяные капли, которые постепенно скапливались в низинах. Наличие воды было чрезвычайно важным фактором, поскольку, поглощая ультрафиолетовые лучи, вода могла защитить от их смертоносного воздействия живые существа. Сначала это были всего лишь лужи и пруды. Затем они, увеличиваясь, сливались в озера, а те, в свою очередь, расширялись, становились глубже и превращались в моря. В конце концов глубокие выемки в земной коре наполнились до краев.

Ученым до сих пор неизвестно, сколько времени ушло на все эти процессы. Одни утверждают, что океаны образовались сразу же и их уровень стал близок к нынешнему уже в течение первых одного-двух миллиардов лет. Другие полагают, что они наполнялись постепенно. Доктор Уильям У. Рубей, сотрудник американского Управления геологоразведки, подсчитал, какое количество влаги вырывается на поверхность Земли через вулканы, фумаролы и горячие источники в наше время. По его расчетам, если в ту пору вода накапливалась с такой же скоростью, что и теперь, то четырех с половиной миллиардов лет было бы достаточно для того, чтобы в Мировом океане, содержащем ныне два миллиона триллионов тонн воды, скопилось такое количество влаги.

Но, как бы то ни было, ежегодно океан получает ничтожно малое количество влаги. Влияние ее на уровень океана заметить невозможно, так как уровень этот сильно колеблется под воздействием других причин, таких как образование и таяние льдов, опускание и поднятие суши и оседание океанского ложа под тяжестью воды.

Углекислый газ, просачиваясь наружу из недр новорожденной планеты, поступал в атмосферу и растворялся в совсем недавно возникшем океане. Конечно, имелся и водород — элемент, самый распространенный во Вселенной. Поскольку углерод, находящийся в углекислом газе, соединяется с великим множеством прочих элементов, он вступил в реакцию с водородом и образовал углеводороды — простейшие типы органических соединений, то есть соединений, встречающихся в природе в живых существах.

Вот уже перед нами первая ступень лестницы жизни. Из углеводородов можно создать более сложные органические вещества — это своего рода строительный материал, из которого состоит все живое.

Каким же образом могли возникнуть эти более сложные вещества в ранний период возникновения атмосферы и Мирового океана? Увлеченный возможностью сделать важное открытие, Стэнли Л. Миллер, в ту пору выпускник Калифорнийского университета, задался целью во что бы то ни стало выяснить этот вопрос. В 1952 году он провел свой знаменитый опыт. Миллер воссоздал первобытную атмосферу Земли в герметической камере, где циркулировала нагретая смесь водяного пара, водорода, аммиака (соединение азота и водорода) и метана (углеводород). Чтобы эти газы могли соединиться между собой, нужна была энергия, которая бы заменила молнию или ультрафиолетовое излучение. Для этого Миллер использовал электрическую искру. Нагретые газы, через которые пропускалась электрическая искра, остывая, превращались в жидкость. Жидкость нагревалась до кипения, и Миллер снова пропускал электрическую искру через образовавшиеся газы. Такая операция повторялась неделю, пока жидкость не изменила первоначальный цвет. Затем Миллер исследовал ее и обнаружил множество различных органических соединений, и в том числе аминокислоты. Эти кислоты являются строительными блоками протеинов, составляющих основу всех живых существ. Именно комбинация протеинов в данном организме и определяет, что он такое — растение, насекомое, динозавр или человек.

Аналогичные опыты производились русскими учеными, использовавшими в качестве источника энергии ультрафиолетовые лучи. Миллиарды лет назад степень ультрафиолетового облучения, получаемого Землею, была во много раз выше нынешней. Поэтому оно вполне могло послужить источником той самой энергии, которая была необходима для связывания между собой органических соединений.

Вулканическое тепло, радиоактивное излучение, атмосферное электричество — другие возможные источники такой энергии. Биохимики воссоздавали их в своих лабораториях с помощью электронных лучей, гамма-лучей и тепла. Ученые Флоридского университета опытным путем получили 14 видов встречающихся в природе аминокислот путем нагревания смеси, состоящей из метана, аммиака и воды, до температур, обычных для вулканических районов.

Один из ученых, доктор Сидней У. Кокс, соединив некоторые из образовавшихся аминокислот, получил более сложные вещества. Он добился этого, поместив аминокислоты в горячую лавовую породу, которую омывал кипящей стерилизованной водой, выполнявшей роль дождя, приливов и отливов.

Эти опыты доказывают, что простые элементы, находящиеся в Земле и близ ее поверхности, могут быть превращены в молекулы [Наименьшая единица любого химического соединения. Если раздробить молекулу воды, то вместо воды мы получим два атома водорода и один атом кислорода. (Здесь и далее все примечания, кроме особо оговоренных, принадлежат автору.) - прим. автора в эл. версии книги выделены серым цветом], обладающие некоторыми свойствами живых организмов, гораздо легче, чем это прежде считалось возможным. Вполне вероятно, что часть таких молекул или все они сначала возникли в атмосфере, но впоследствии попали в океан или были смыты на землю дождем.

Мировой океан в ранний период его существования, должно быть, представлял собой теплую, устойчивую среду, в которой эти химические соединения могли долго оставаться без изменения — использовать их в пищу было некому: микроорганизмов, которыми в наше время кишат моря, еще не было. Не было тогда и свободного кислорода, способного разложить эти соединения на их составные части. Первобытный океан можно себе представить, как некий жидкий бульон; хрупкие молекулы сохранялись в нем. в тех же условиях, какие мы считаем идеальными для консервирования продуктов,— стерильность и отсутствие доступа кислорода.

Однако этот океанический бульон отнюдь не был густым. Понадобилось какое-то средство, чтобы сблизить молекулы: ведь лишь при таком условии они могли, соединяясь между собой, становиться все крупнее и сложнее.

Гипотеза, выдвинутая доктором Питером Дж. Уонгерски, проводившим опыты в Йельском университете, объясняет, как это могло происходить. Пропуская пузырьки воздуха через смесь, состоящую из искусственно созданной морской воды и растворенных в ней органических соединений, включая аминокислоты, он обнаружил, что эти соединения выделяются из раствора и в виде пленки скапливаются на пузырьках воздуха. При подаче новых порций воздуха возникали все более крупные сгустки таких частиц. Исследуя получившиеся сгустки, доктор Уонгерски обнаружил полипептиды — молекулы, представляющие собой шаг от аминокислот к протеинам.

По мнению доктора Уонгерски, подобный процесс мог сыграть значительную роль в длительной эволюции от неорганических химических соединений к живым организмам, обитающим в море. Ветры и штормы, взбаламучивая воду первобытного океана, могли образовать в ней пузырьки, Подобно тому, как это происходит и теперь. Элементарные частицы, растворенные в воде, могли превратиться в сгустки твердого вещества, которое прилипало к пузырькам воздуха. После того как эти пузырьки лопались, такие сгустки, дрейфуя, по-видимому, продолжали собирать все новые органические вещества. Такие органические соединения, по словам П. Уонгерски, возможно, явились прародителями всего живого на Земле, в том числе и человека.

Пусть даже жизнь и не обязана своим происхождением этим катышам, однако, как полагает доктор Гордон Райли, без них живые вещества были бы ныне менее многочисленны. Органические сгустки, вероятно, с давних времен пополняли запасы пищи. И по сей день, считает Райли, такие органические сгустки служат основным источником пищи для многочисленных видов планктонных организмов, живущих как в глубинах океана, так и вблизи его поверхности.

Доктор Дж. Д. Бернал из Лондонского университета также считает, что «жизнь, подобно Афродите, возникла из пены морской». Он полагает, что органических веществ, скапливающихся близ поверхности, вероятно, было в сто, а то и в тысячу раз больше обычного в воздушных пузырьках, образующихся в волнах прибоя. «При ветре, дующем в сторону берега, — пишет Бернал,— все то, что находится на поверхности моря протяженностью в сотни и тысячи миль, может уместиться на полосе побережья длиной всего в несколько миль». По его образному сравнению, как бы неведомый исполинский повар снимает навар с поверхности гигантского океанского котла и стряхивает его на побережье.

Нам хорошо известно, что может произойти, если у нефтеналивного танкера, поблизости от излюбленного нами пляжа, появится течь.

По теории Бернала, тонкий слой органической слизи, приносимый очередным приливом, увеличиваясь с каждым разом, должен был достигнуть значительной толщины. Молекулы соединялись с частицами глины, находящейся в иле эстуариев и участков суши, затопляемых приливами. Частицы эти то увлажнялись, то высыхали, подвергались воздействию ультрафиолетовых лучей, перемещались с места на место потоками воды. Благодаря все новому и новому воздействию сил природы возникали все более сложные соединения.

Таким образом, говорит Бернал, вполне возможно, что жизнь возникла на побережье океана неорганическим путем, как следствие накопления огромных запасов «строительного материала». Эти гигантские молекулы каким-то образом смогли отделиться от ила и оказаться в море, где с ними стали происходить определенные химические реакции — метаболические процессы [Метаболизм, или обмен веществ, — совокупность химических реакций, делающих жизнь возможной. Он состоит в превращении пищевого сырья в живую материю и распаде этой материи с целью получения энергии для дыхания, перемещения, переваривания пищи и др.].

Однако Бернал не считает, что все произошло именно таким образом. «Процесс метаболизма развивался совершенно параллельно процессу концентрации органического вещества,— пишет он.— Я полагаю, что метаболизм в широком смысле этого слова происходит непрерывно». Даже в то время, когда молекулы были сцеплены с частицами глины, происходили уравновешенные химические реакции. По словам Бернала, «способ существования жизни возникал одновременно с созиданием материала для построения этой жизни».

Многие ученые разделяют его мнение. Доктор Барри Коммонер из Вашингтонского университета полагает, что метаболизм является единственной важной функцией жизни, которая может осуществляться без наличия живой клетки, однако результаты, получаемые при этом, в значительной мере напоминают процессы, происходящие в живой клетке. Поэтому, говорит он, «перед нами начало... наиболее вероятная отправная точка возникновения жизни».

В докладе, сделанном в Национальной Академии наук в апреле 1965 года, доктор Коммонер выдвинул следующую гипотезу развития жизни. Сначала в сложных молекулах, находившихся в океаническом бульоне, происходили химические реакции, сопровождаемые выделением энергии. Благодаря этой энергии молекулы могли приобретать больше материала и таким образом превращались в более крупные, более сложные соединения. Эти соединения сочетались друг с другом и постепенно образовывали организованные структуры. Такие структуры впоследствии приобрели способность размножаться и передавать свою организацию «потомкам».


МАТЕРИНСКИЕ МОЛЕКУЛЫ

Ученым, работающим под эгидой Национального управления по вопросам аэронавтики и исследования космического пространства (НАСА), удалось частично воссоздать подобный процесс в лабораторных условиях. Имея под рукой те же ингредиенты, которые использовал Стэнли Миллер, доктор Сирил А. Поннамперума и его коллеги, работавшие в научно-исследовательской лаборатории Эймса в Калифорнии, смогли создать все составные части материнских молекул, составляющих живую клетку. По словам ученых, технология их работы была «удивительно несложной», так что воссозданные ими химические процессы вполне могли происходить и в первородном океане.

Используя поток электронов и ультрафиолетовые лучи, они этап за этапом создавали соединения, известные под названием нуклеотидов. Эти соединения иногда имеют две или три группы атомов, содержащие фосфор; они легко отрываются от молекулы-родительницы и при этом выделяют значительное количество энергии. Нуклеотиды, находившиеся в первобытном океаническом бульоне, могли «заморозить» часть солнечной энергии, аккумулировав ее в виде связей, соединяющих их фосфатные группы. Когда эти связи нарушались, выделялась энергия, благодаря которой создание крупных сложных, молекул происходило более эффективно, чем под непосредственным воздействием Солнца. Именно это и имел в виду доктор Коммонер, говоря о создании сложных соединений с помощью энергии метаболизма.

Иными словами, наличие нуклеотидов в первобытном океане способствовало химическим реакциям, которые иначе вовсе не могли бы произойти или же протекали бы гораздо медленнее. В настоящее время все жизненные химические процессы, происходящие в любом живом организме, возможны исключительно благодаря наличию энзимов — сложных протеинов, значительно ускоряющих реакции. Таких сложных катализаторов в ранний период зарождения жизни, очевидно, не существовало, однако Коммонер, Бернал и другие ученые полагают, что функции подобных соединений с успехом могли выполнить обыкновенные нуклеотиды. Правда, все происходило значительно медленнее, но ведь и время не было в ту пору столь драгоценным фактором, как ныне.

Нуклеотиды представляют собой строительные блоки двух наиболее важных для всех живых систем молекул — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). По праву называемые первоосновами жизни, эти нуклеиновые кислоты встречаются лишь в живых клетках — и во всех живых клетках — и, очевидно, выполняют одни и те же функции и в одноклеточном микробе, и в морских водорослях, и в крабе, и в человеке.

ДНК — это вещество, из которого состоят гены. Оно предопределяет свойства каждого живого существа и его потомков. Нуклеотиды в гигантской молекуле ДНК расположены по ее извилистому периметру в последовательности, которая определяет порядок превращения аминокислот в протеины. РНК воспринимает эту информацию и в другой части клетки связывает вместе протеины, характеризующие вид данного организма. ДНК также воспроизводит собственные точные копии, благодаря чему потомство становится похожим на своих родителей, а виды сохраняют присущие им особенности, причем сохраняют их от поколения к поколению [Стр. 10. Здесь автор подчеркивает устойчивость наследственной основы; чрезвычайно сложной проблемы ее изменчивости, без которой образование новых видов было невозможно, он очень кратко касается на стр. 17.].

Вы и сами начали свою жизнь в виде единственной клетки, в сердцевине или ядре которой заключался код ДНК, заранее обусловливающий ваш облик. Эта информация находится во всех клетках вашего тела и передается вашим детям с учетом информации, получаемой от вашей супруги (супруга).

Ученым удалось воздействовать на природные свойства одноклеточных организмов путем впрыскивания в них синтетических молекул ДНК. Они также помещали РНК в среду, напоминающую содержимое живой клетки, и искусственно создавали молекулы, из которых состоит живая ткань, тем же путем, каким это делает клетка. Эти опыты предвосхищают день, когда человек, видоизменяя или создавая нужные гены, сможет придавать растениям, животным или людям любой желаемый облик.

Доктор Поннамперума уже пробует соединить нуклеотиды таким образом, чтобы получить молекулы ДНК и РНК. Он считает, что ему удалось соединить два или три нуклеотида. Однако ему предстоит большая работа, поскольку для того, чтобы создать молекулу ДНК самого примитивного живого организма, требуется около ста тысяч такого рода «кирпичиков».

Не могли ли нуклеотиды миллиарды лет назад соединиться в океане в «молекулу-прародительницу», которая стала матерью всего множества живых созданий, населяющих Землю? Не могла ли жизнь возникнуть тогда, когда спираль нуклеиновой кислоты начала присоединять к себе более простые молекулы, находящиеся в океаническом бульоне, и располагать их вокруг себя в виде нового протеина?

В 1965 году доктор Сол Шпигельман из Иллинойского университета смешал в пробирке звено неживых молекул РНК с энзимом и несколькими нуклеотидами. В результате он создал вирус РНК, заключенный в протеиновую оболочку и способный расти и размножаться без дальнейшего вмешательства доктора Шпигельмана. Если бы такой вирус возник в первобытном океане, он мог бы в сравнительно короткий срок создать миллиарды себе подобных вирусов. А в результате новых химических изменений они могли бы все более усложняться, обретая множество новых форм, что в конечном счете привело бы к возникновению различных видов живых существ.

Но как ни заманчива подобная гипотеза, далеко не все ученые уверены, что все произошло именно таким образом. Доктор Коммонер оспаривает эту точку зрения, утверждая, что в естественных условиях вирусы и молекулы ДНК неспособны размножаться самостоятельно. По его словам, «способность ДНК размножаться в значительной мере зависит от наличия организованной структуры живой клетки, и, следовательно, такая способность у ДНК могла появиться лишь после того, как возникла эта организованная структура». Бернал вторит ему, заявляя, что «простая одиночная молекула нуклеиновой кислоты сама по себе ничего произвести не может».

Взгляды Бернала на происхождение жизни перекликаются с концепцией А. И. Опарина, русского биохимика, явившегося первооткрывателем в этой области науки, которой он посвятил свыше сорока лет жизни. Оба ученых считают, что первородный органический материал имел вид полужидких или студнеобразных капелек. С появлением такого рода капелек значительно уменьшилась опасность распада или растворения потенциально живого вещества. Вместо того чтобы рассеяться, молекулы группировались в капельки, в каждой из которых были налицо все основные условия для метаболизма. Каждая капелька могла сохранять свою индивидуальную особенность и развиваться независимо от всех остальных.

Отдельные капельки оказывались в большей мере приспособленными к жизни, чем другие. Они нашли надежный способ извлекать из окружающей водной среды мелкие органические частицы. Часть этого материала накапливалась в них, остальная часть распадалась, служа источником энергии. Пока эти химические реакции находились в равновесии, капля органического желе могла продолжать свое существование и расти. Но всякая капля, где вещество, используемое для получения энергии, распадалось быстрее, чем оно могло быть восстановлено, вскоре погибала.

Опарин делает смелое предположение, что выдвинутый Чарльзом Дарвином принцип естественного отбора и борьбы за существование начал действовать уже на этом уровне. По Дарвину, существа, в силу особенностей своего строения лучше других приспособленные к окружающей их среде, имеют больше шансов уцелеть и размножиться. Существа менее приспособленные оказываются в подчинении у более приспособленных или попросту гибнут. Опарин полагает, что это могло происходить уже при возникновении жизни. Наилучшим образом организованные капли увеличивались быстрее, чем другие, выхватывая «пищу» у них изо «рта», и за их счет становились все более сложными.

Впоследствии сгустки, подверженные метаболизму, приобрели нечто вроде покрова или пленки. Этот покров, служивший им вместилищем, препятствовал их распаду; отныне малые молекулы могли проникать в сгустки или покидать их, или пронизывать их только под контролем возникшей оболочки. Одна из групп длинных органических молекул (липиды) соединилась в виде полос, которые и смогли выполнять роль перегородок. Встав на нужное место, они превратили высокоорганизованную и сложную систему в обособленное, самостоятельное устройство, или клетку.

Вслед за этим произошло обособление внутренних частей клетки, причем, по-видимому, различные молекулы выполняли при этом различные функции. Одна часть клетки, возможно, стала сердцем, или ядром, — центром управления, заключающим в себе и главный план клетки. В другой части клетки могли располагаться аминокислоты и иные элементы для производства протеинов, а в третьей — энзимы для метаболизма. Возможно также, что все эти части развивались независимо, а потом каким-то образом соединились. Но, так или иначе, всякий сгусток, приобретавший все эти свойства, становился живым организмом.

Такая последовательность превращения студенистой капельки в живую клетку, естественно, лишь предположительна. В том, каким именно образом происходила эволюция клеток, заключается самая сокровенная тайна биологии. Но ясно одно: жизнь возникла в результате естественного и непрерывного процесса, происходившего в течение миллиардов лет. Нельзя определить момент, о котором можно сказать: «вот откуда началась жизнь». Четкой границы, отмежевывающей живое от неживого, не существует. Одно переходит в другое постепенно; между ними расположены промежуточные ступени, как, например, вирусы, которые нельзя отнести ни к первой группе, ни ко второй.


ПЕРВЫЕ ЖИВЫЕ СУЩЕСТВА

Вполне возможно, что первые живые организмы были не похожи на существующие ныне. Некоторые весьма примитивные красные бактерии заключают в себе молекулы размером с вирус, которые имеют в своем составе нуклеотиды и энзимы. Эти молекулы могут вырабатывать для себя органическую пищу, используя энергию Солнца. Такое обстоятельство дает нам все основания называть их живыми созданиями, однако существовали ли столь малые организмы самостоятельно, неизвестно. Возможно, первыми живыми организмами были бактерии. Это наименьшие и наипростейшие организмы, которые несомненно можно назвать живыми существами, хотя они не принадлежат ни к растительному, ни к животному миру. На пространстве, занимаемом точкой в конце этого предложения, могла бы уместиться не одна тысяча таких бактерий или микробов.

Но, что бы собой ни представляли эти первые организмы, у них не было иного источника пищи, кроме океанического бульона, из которого они сами возникли. Все существующие ныне одноклеточные могут ассимилировать, или «пожирать», ниже организованные органические вещества. Следовательно, именно эта способность и должна была появиться у первых живых организмов прежде всего. Ввиду отсутствия кислорода для них оставался единственный способ расщеплять органическую пищу, чтобы получать энергию для выполнения своих жизненных функций, — ферментация, или брожение. При этом процессе простые молекулы, как, например, молекулы сахара, соединяются с водой и образуют двуокись углерода и некоторые кислоты, такие как алкоголь. Последние заключают в себе меньше энергии, чем первые, и эта-то разница и представляет собой энергию, используемую организмом, осуществляющим ферментацию.

Некоторые существующие ныне бактерии и дрожжи могут жить подобным образом при отсутствии кислорода. Однако ферментация — расточительный и неэффективный процесс, при котором для получения небольшого количества энергии используется значительное количество органического вещества. Отсюда следует, что первые организмы и их потомки стали «пожирать» пищу гораздо быстрее, чем она воссоздавалась неорганическими веществами. Они жили «в кредит».

Однако прежде чем запасы пищи иссякли, некоторые организмы обрели пигментную окраску, а вместе с ней — способность непосредственно использовать энергию Солнца. Сначала эта энергия шла только лишь на то, чтобы быстрее усваивать органические вещества, что еще более усугубляло пищевой дефицит. Но поскольку такая способность давала огромное преимущество перед прочими организмами, пигментированная группа обогнала в своем развитии остальных обитателей океана. Со временем эти организмы обрели новый чудесный пигмент — хлорофилл (что по-гречески означает «зеленый лист»). Это химическое вещество позволило им использовать солнечную энергию для того, чтобы самим изготавливать себе пищу из двуокиси углерода, воды и иных неорганических веществ. Такой процесс называется фотосинтезом, что означает «соединение с помощью света». Без этого процесса жизнь, какой мы ее знаем, была бы невозможна.

Первые организмы, обладающие способностью к фотосинтезу, стали родоначальниками всех видов трав, деревьев и морских водорослей. Лишь зеленые растения способны вырабатывать составные части всего живого — протеины, углеводы и жиры, — используя элементы, находящиеся в воде, почве и воздухе.

Всякое животное обязано своим существованием — прямо или косвенно — именно этим растениям.

Фотосинтез не только избавил живые организмы от необходимости зависеть от пищи, создаваемой океаном, он изменил состав земной атмосферы и дал источник энергии, необходимой для дальнейшей эволюции жизни. Когда растения производят сахар и крахмал путем сочетания углерода, извлеченного из двуокиси углерода, с водородом, находящимся в воде, в качестве отхода выделяется кислород. До возникновения растений на Земле существовало лишь ничтожное количество свободного кислорода, образовавшегося в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей, разлагавших молекулы водяного пара на водород и кислород. С появлением же растений большая часть углекислого газа, находящегося в воздухе, была поглощена и заменена кислородом. По подсчетам ученых, благодаря фотосинтезу весь кислород, находящийся в нашей атмосфере, обновляется каждые 2000 лет. Углекислый же газ, считают они, заменяется каждые 300 лет. Таким образом, весь кислород и углекислый газ, которыми мы дышим, неоднократно поглощались и снова выделялись ранее жившими организмами.

По мере того как количество кислорода в первобытной атмосфере увеличивалось, кислород, находившийся в верхних слоях атмосферы, подвергался воздействию ультрафиолетовых лучей и превращался в особо активный вид кислорода — озон. Со временем появился значительный слой озона, который поглощал ультрафиолетовую радиацию и препятствовал проникновению ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли. Таким образом, источника энергии, который бы способствовал дальнейшему образованию органических веществ, более не существовало, но, поскольку живые организмы научились сами производить такие вещества, эта потеря на них не сказалась. Наоборот, факт этот способствовал возникновению более сложных и хрупких форм жизни. Ведь ультрафиолетовые лучи не только способствуют образованию органических соединений, но могут и расщепить их. Если бы мы не имели озонового щита, находящегося на высоте 15 миль над нашими головами, то солнечные лучи убили бы нас и большинство других высших животных. Но даже и те ослабленные ультрафиолетовые лучи, которым удается достичь земной поверхности, могут причинить нам болезненные ожоги.

Хотя фотосинтез позволил растениям самостоятельно вырабатывать себе пищу, но для того, чтобы получать из нее энергию, им по-прежнему приходилось расщеплять ее посредством малоэффективной ферментации. Более экономичным способом оказалось «сжигание» пищи путем соединения ее с кислородом. При таком холодном горении, или «окислении», выделяется в 30 раз больше энергии, чем при ферментации, иначе говоря, почти вся энергия, содержавшаяся в соединении. При наличии кислорода живым организмам оставалось только научиться использовать его, что было лишь вопросом времени. Те организмы, которым удалось это сделать, получили огромное преимущество перед организмами, которые этого не сделали и оттого со временем канули в вечность.

Фотосинтез в сочетании с ферментацией сделали жизнь самоподдерживающимся процессом. Фотосинтез в сочетании с окислением, или дыханием, обеспечил организмы дополнительными запасами энергии, которые стали использоваться для обеспечения новых форм деятельности организмов.

Одной из новых форм поведения живых организмов стала привычка пожирать друг друга. Это избавило ряд организмов от необходимости вырабатывать для себя пищу. Клетки животных могли возникнуть или независимо от растительных клеток, или в результате эволюции таких растений-«каннибалов». И поныне существуют одноклеточные организмы, которые могут получать питание как с помощью фотосинтеза, так и хищнически атакуя другие фотосинтезирующие организмы. Злоупотребляя этим свойством, подобные организмы, возможно, утратили свой хлорофилл и стали жить лишь за счет растений и себе подобных организмов.

Как давно это произошло? По мере накопления сведений и технических знаний возраст жизни все более увеличивается, исчисляясь уже не тысячелетиями и не миллионами, а миллиардами лет. В 1965 году группа ученых из Калифорнийского университета потрясла весь научный мир открытием, что живые организмы населяли Землю почти на миллиард лет ранее, чем до тех пор полагали. В породах, образовавшихся 2,7 миллиарда лет назад, они обнаружили молекулы, входившие в состав живых организмов, а точнее, как полагают исследователи во главе с доктором Мелвиллом Калвином, в состав примитивных хлорофилловых растений — сине-зеленых водорослей. Они нам знакомы: это скользкая зеленоватая плесень, которая в тихих затонах плавает на поверхности воды, покрывает камни и сваи. Эти водоросли — наиболее примитивные растения из всех, что существуют ныне. Они настолько древние, что структуры, находящиеся внутри их клеток, как бы свалены в одну кучу, а не обособлены друг от друга, как у более высоко организованных растений.

Глыбы породы были привезены из северной части штата Миннесота; возраст их был определен путем измерения уровня их радиоактивности. Исследователи использовали самые разнообразные химические и физические методы для того, чтобы обнаружить эти молекулы. Удивительно то, что организмы, обладающие способностью к фотосинтезу, были, вероятно, распространены еще 2,7 миллиарда лет назад. Хотя сине-зеленые водоросли находятся на самой нижней ступени лестницы эволюции, фотосинтез — весьма сложный процесс, для возникновения которого понадобилось, должно быть, чрезвычайно много времени — один, а то и целых два миллиарда лет. В том же 1965 году двое ученых из Гарвардского университета обнаружили следы еще более ранних примитивных живых организмов, сходных с нынешними бактериями-палочками. Они нашли их в Южной Африке — в глыбах, чей возраст насчитывал 3 миллиарда лет. Это может означать, что жизнесозидательные процессы начались вскоре после рождения нашей планеты, около 4,5 миллиарда лет назад [Стр. 16. См. примечание к стр. 3.].

Доктор Калвин и его сотрудники намерены искать следы живых организмов в самых древних на нашей Земле породах — в гранитных валунах в Южной Африке, чей возраст насчитывает 3,3 миллиарда лет. А по словам доктора Бернала, жизнь могла возникнуть даже ранее самых древних пород на земной поверхности. Он допускает возможность возникновения органических молекул в первородном пылевом облаке, из которого образовались планеты.

А вот что пишет в своей замечательной книге «Возникновение жизни на Земле» Опарин: «Современный процесс эволюции живых существ в принципе представляет собой не что иное, как ряд дальнейших звеньев той непрерывной цепи превращений материи, начало которой уходит к наиболее ранним стадиям существования Земли» [А. И. Опарин. «Возникновение жизни на Земле». Изд. АН СССР, М., 1957. (Прим. перев.)].


ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА

Под эволюцией подразумевается попросту тот факт, что растения и животные медленно, на протяжении многих миллионов лет, претерпевают изменения, вследствие чего возникают новые разновидности живых организмов.

Мутации, или генетические изменения молекул ДНК, порождают новые качества в рамках одного и того же вида. Если благодаря новоприобретенным качествам организм оказывается более приспособленным к жизни в окружающей его среде, то качества эти сохраняются благодаря естественному отбору и передаются по наследству из поколения в поколение. Организм, претерпевающий ряд таких изменений в течение длительного времени, развивает в себе новые особенности и приобретает функции, которые отличают данный организм от его предков и характеризуют его как новый вид или существо совершенно иного рода. Эта концепция четко выражена в полном названии знаменитого труда Дарвина: «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».

В настоящее время существует один или два миллиона различных видов животных [Стр. 17. Число это весьма приблизительно. Многие группы животных изучены еще очень и очень слабо, поток описаний новых видов отнюдь не иссяк, как и поток (хотя он и не столь мощный) работ противоположного направления, закрывающий те виды, которые оказались лишь внутривидовыми вариациями.]. Каждое из этих животных начало существовать в виде одной клетки, то есть находясь в таком же состоянии, что и первые живые организмы, возникшие в первобытном океане. Эта клетка росла и делилась на более мелкие клетки, которые в свою очередь также росли и делились. Отдельные клетки соединялись между собой, создавая живые существа, подобно тому, как соединялись атомы, создавая молекулы, а молекулы соединялись, образуя первую живую клетку. В настоящее время животные развиваются в яйце или в матке во многом таким же образом, как развивались их первобытные предки в течение долгого периода эволюции. Эмбрион повторяет в общих чертах всю эволюцию своего вида.

Клетки объединились в ткани, например, в мускулы, которые, очевидно, стали необходимы для того, чтобы охотиться за пищей или же спасаться от хищников. Ткани образовали такие органы, как печень, почки и сердце, а отдельные органы стали объединяться в целые системы с целью отправления таких функций, как пищеварение, самовоспроизведение и дыхание.

По мере возникновения данного уровня организации стали появляться новые, все более сложные живые существа. Развитие происходило плавно и непрерывно, но сегодня мы по-разному классифицируем все живые организмы, относя их к разным крупным группам или типам в зависимости от уровня их организации. [Стр. 18. 1. Весьма упрощенно излагаемые далее представления об эволюции крупных групп животных не являются окончательными. Существует множество различных мнений о происхождении отдельных групп. Это обусловлено, помимо субъективных причин, прежде всего большой неполнотой палеонтологической летописи (от очень многих видов животных не сохранилось никаких остатков), а также недостаточно полной изученностью ископаемых и современных животных.]

 

Древо жизни. Показаны взаимосвязь между группами живых организмов и предполагаемый ход их эволюционного развития.

 

Самыми простыми животными, то есть теми, что существуют долее других, являются такие одноклеточные простейшие, как амеба. Хотя презренная амеба и ее сородичи находятся в самом что ни на есть подвале здания эволюции, они представляют собой продукт химической эволюции, продолжавшейся миллиарды лет, и могут выполнять почти все то, что выполняют другие животные. Они дышат, передвигаются, охотятся за пищей, размножаются.

Некогда в далеком прошлом две амебовидные клетки после деления соединились вместе и положили начало возникновению организмов, находящихся на более высоком уровне организации животного царства, — клеточным колониям. Нынче представителями таких колоний являются животные, относящиеся к типу Porifera (губки). [2.  См. примечание к стр. 75.] Каждая клетка губки выполняет в колонии свою, определенную функцию, как, например, получение пищи или передача ее другим клеткам. Однако каждая из них способна отделиться от колонии и путем многократного деления создать новую колонию. [3.  См. примечание к стр. 77.]

Со временем клетки, живущие в группах, настолько специализировались, что могли существовать лишь как часть животного организма. На этом уровне организации действия каждой клетки или группы клеток координируются с действиями прочих клеток, поэтому для существования животного необходимо, чтобы все группы клеток действовали согласно. Некоторые клетки у медузы организованы в нервную ткань, которая координирует действия всех ее щупалец. Медузы, морские анемоны и кораллы принадлежат к типу кишечнополостных (Coelenterata), наиболее примитивной группе многоклеточных тканевых животных.

В дальнейшем древо жизни расчленяется на две основные ветви. Одну из них венчают насекомые и гигантские кальмары, другую — человек.

Плоские черви — примитивные животные с клетками, реорганизованными в органы. В них налицо даже зачатки систем, объединяющих несколько органов. Их родичи, сегментные, или кольчатые, черви, Annelidae, располагают хорошо развитым мозгом, нервной, пищеварительной, половой, выделительной системами, а также системой кровообращения. Кольчатые черви, как, например, обычный земляной червь, и представители типа моллюсков, к которым относятся слизни, ракушки и кальмары, очевидно, имели общего предка. Что же касается омаров и креветок, то они, вероятно, являются прямыми потомками кольчатых червей.

У основания другой ветви развития жизни находится, как ни странно, тип Echinodermata (иглокожие), к которому принадлежат морские звезды, морские ежи и трепанги. Странно потому, что в этом положении они должны иметь общих предков с более сложными позвоночными животными. Основанием для такого предположения является, несмотря на примитивную и далекую от позвоночных внешность иглокожих, характер их эмбрионов. До своего рождения иглокожие имеют рудиментарный позвоночник и обладают значительным сходством с эмбрионами хордовых (Chordata). Хордовые представляют собой тип, куда входят все позвоночные, а их около 45 000 видов.

Над иглокожими располагаются мало изученные существа, имеющие хорду лишь в какой-либо период своей жизни. За ними идут безобразные, не имеющие челюстей миноги и миксины, далее — хрящевые рыбы (акулы и скаты), а затем — костистые рыбы. После того как у рыб образовался костный скелет, достаточно прочный для того, чтобы поддерживать их вне водной среды, они вышли на сушу. Разрешив проблему передвижения и размножения на суше, обретя покровы, защищающие организм от высыхания, рыбы превратились в земноводных (амфибий) и пресмыкающихся (рептилий). А от рептилий произошли птицы и млекопитающие. В основном благодаря более развитому мозгу млекопитающие оказались животными, наиболее приспособленными для жизни на суше и в море. Так, китообразные — лучшие ныряльщики, одни из самых быстрых обитателей океана и самые разумные из них. Их троюродный родич, человек, — владыка суши.

Жизнь — наиболее сложная форма организации, которой достигла материя. В лице человека материя научилась изучать самое себя и другие живые существа, задавать вопросы о жизни и получать на них ответы, опираясь на собственный разум и опыт. Наиболее трудным из таких вопросов является вопрос, каково же происхождение жизни: предопределено оно или случайно. Иначе говоря, явилось ли возникновение жизни следствием какого-то закона или же она обязана своим появлением случайному повороту в ходе событий, которым воспользовался естественный отбор. Вопрос этот касается возникновения жизни во всех уголках Вселенной. На остальных планетах нашей солнечной системы, за исключением, пожалуй, Марса, по-видимому, отсутствуют условия для возникновения жизни. Однако с помощью телескопов ученые обнаружили триллионы звезд, подобных Солнцу. Поэтому возможно, что существуют миллиарды солнечных систем и миллионы возможностей возникновения жизни.

По подсчетам доктора Харлоу Шэпли, одного из самых уважаемых астрономов нашей планеты, — и мнение его разделяют многие — существует 100 миллионов планет, пригодных для жизни. В одной лишь галактике Млечного пути существует около 100 тысяч таких планет. Если жизнь предопределена и возникает в том случае, когда налицо необходимые условия и молекулы, то живые организмы и даже разумные существа имеются и в других частях Вселенной. Если жизнь возникла на Земле в результате счастливой случайности, благодаря произвольному сочетанию различных комбинаций, то вполне допустимо, что жизнь, хотя, вероятно, совсем в иных формах, могла возникнуть где-то еще.

Возможно также, что существовал какой-то единый источник жизни и она, подобно семенам, была рассеяна по Вселенной звездным ветром. Во всяком случае, кажется весьма сомнительным, что жизнь не существует и не существовала раньше нигде, кроме Земли.




СодержаниеСледущая глава