Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

анализ пузырьков газа, обнаруженных в протоархейских породах

(60%

— углекислота, 40% — соединения серы, аммиака,

метана,

другие окислы углерода, а также пары воды). Первичная атмо-

сфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не со-

держали вулканические газы.

Воды первичного океана имели примерно такой же состав,

как и сегодня, но в них так же, как и в атмосфере, отсутствовал

свободный кислород. Таким образом, свободный кислород, а

значит, и химический состав современной атмосферы, как и

свободный кислород океанов Земли, не были первоначально

заданы при рождении нашей планеты как небесного тела, а яв-

ляются результатом жизнедеятельности первых живых организ-

мов, составивших первичную биосферу Земли.

Под действием солнечных и космических лучей, проникав-

ших через разреженную атмосферу, происходила ионизация,

превращавшая атмосферу в холодную плазму. Поэтому атмосфе-

ра ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхи-

вали частые разряды. В таких условиях шло быстрое и одновре-

менное синтезирование разнообразных органических

соединений,

среди которых были и весьма сложные.

Эти

соединения, как и те,

что попали на Землю в уже готовом виде из космоса, представля-

ли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии

эволюции могли образовываться аминокислоты и нуклеотиды.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую

активность, заработали вулканы, выделявшие огромное количе-

ство вулканических газов. Это уплотнило атмосферу, отодвинув

границу ионизации в верхние слои. При этом процесс образова-

ния органических соединений продолжался.

Частые грозы с длительными ливнями приносили эти эле-

менты в водоемы, покрывавшие нашу планету, добавляя их к

тем, что уже были растворены в них. Таким образом, были на-

коплены большие запасы органического сырья. По некоторым

подсчетам, его масса оценивается в

кг, что всего на 2—3

порядка меньше массы современной биосферы. Согласно расче-

там, концентрация этого вещества в водах океана составляла \%.

После того, как углеродистые соединения образовали «пер-

вичный бульон», могли уже организовываться биополимеры —

аминокислоты и нуклеотиды, «кирпичики» белков и нуклеино-

вых кислот. Необходимая концентрация веществ для образования

биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органи-

ческих соединений на минеральных частицах, например на гли-

466

не или гидроокиси железа, образующих ил водоемов. Кроме то-

го, органические вещества могли образовывать на поверхности

океана

тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу,

где она

собиралась

в толстые слои. В химии известен также про-

цесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах.

Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органиче-

ских веществ и появлением протобионта — молекулы РНК в ре-

зультате скачка, приведшего к образованию живого из неживого.

Протобионты

представляли собой системы органических веществ,

покрытых оболочкой, способных взаимодействовать с окружающей

средой, то есть расти и развиваться за счет поглощения из окру-

жающей среды богатых энергией веществ, а также умеющих раз-

\гножаться,

передавая полезные признаки своим потомкам.

К сожалению, механизм перехода от сложных органических

веществ к простым живым организмам наукой пока не установ-

лен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую

схему. В соответствии с ней между первичными сгустками орга-

нических веществ (коацерватов) могли выстраиваться молекулы

сложных углеводородов, что приводило к образованию прими-

тивной клеточной мембраны, обеспечивающей стабильность

данным сгусткам. Именно с появлением мембраны можно гово-

рить о рождении клетки.

Все трудности, которые возникают у ученых при решении про-

блемы происхождения жизни, мы описали выше. Тем

не

менее,

жизнь возникла и после этого стала развиваться быстрыми темпа-

ми, претерпевая изменения, а также меняя окружающую ее среду,

весь облик нашей планеты.

18.5. Формирование и развитие

биосферы Земли

Как было отмечено выше, жизнь на Земле первоначально

появилась в форме примитивной биосферы. Соответственно при-

сутствие жизни на планете стало коренным образом преобра-

жать окружающую среду. Ведь два важнейших компонента био-

сферы — живое вещество и среда их обитания — непрерывно

взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органиче-

ском единстве, образуя целостную динамическую систему.

Развитие биосферы Земли можно рассматривать как после-

довательную смену трех этапов: восстановительного, слабоокис-

лительного и окислительного.

467

(осстанови-

ак считают

многие ученые, восстановитель

тельный этап

ный этап начался е1Ы

е в

космических

услов»

развития

ях и

завершился появлением на Земле

гете

биосферы ротрофной биосферы. На этом этапе разви-

тия биосферы появились малые сферические

анаэробы и прокариоты, физиологические процессы которых

основывались не на кислородном окислении, а на дрожжевом

брожении.

Изначально в атмосфере Земли присутствовали лишь следы

свободного кислорода. Производство свободного кислорода

было

начато первыми организмами. Но произведенный кислород по-

ка приводил лишь к окислительным процессам на земной по-

верхности и в океане.

Поскольку первые организмы были

гетеротрофами,

они нуж-

дались в питании. Пищей для них стали ранее накопленные ор-

ганические соединения, растворенные в водах первичного океана,

так как первичная биосфера ограничивалась водной средой. Но

жизнь нуждалась в дополнительных источниках энергии. Поэтому

на ранних стадиях эволюции жизни она активно использовала

различного рода радиацию. По мнению

А.И.

Перельмана, осо-

бенно важную роль играл радиоактивный калий, который по-

глощался первыми организмами. Потребность в калии была за-

креплена генетически, хотя для более высокоорганизованных

форм жизни радиоактивность перестала служить энергетическим

источником.

Длительность существования первичной восстановительной

биосферы в геологических масштабах была невелика. Причина

этого заключалась в том, что первичные гетеротрофные организ-

мы быстро размножались и, естественно, довольно быстро исчер-

пали свою питательную базу. Поэтому, достигнув максимальной

биомассы, они должны были либо вымереть от голода, либо пе-

рейти к автотрофному фотосинтетическому способу питания.

Слабоокисли-

Вто

Р°

этап в

развитии биосферы нашей

«ШМ.Ш-1Й

->та

планеты связан с появлением

фотосинтеза,

тельный

этап

„

развития

Это

произошло около 4 млрд лет назад. Но-

биосферы

вь

'й

способ питания был основан на том,

что некоторые простые соединения облада-

ют способностью поглощать свет, если в их составе есть атом

магния (как в хлорофилле). Уловленная таким способом свето-

вая энергия может быть использована для усиления реакций

обмена, в том числе для образования органических соединений,

которые при необходимости могут расщепляться с высвобожде-

468

нием энергии. Появление хлорофилла и фотосинтеза позволило

получать энергию непосредственно от Солнца.

Но первичная поверхность Земли, лишенная свободного ки-

слорода, облучалась ультрафиолетовой радиацией Солнца. Поэто-

му, возможно, первые фотохимические организмы использовали

радиацию в ультрафиолетовой части спектра. Только после воз-

никновения озонового экрана в связи с появлением свободного

кислорода как побочного продукта того же фотосинтеза, авто-

трофный фотосинтетический

процесс

начал использовать излу-

чение в видимой части солнечного спектра.

Новый способ питания способствовал быстрому расселению

организмов нового типа у поверхности первичных водоемов. Они

оттеснили первичные гетеротрофные организмы, оказавшись бо-

лее приспособленными в борьбе за существование. Можно пред-

полагать, что в раннем океане шла борьба между первичными и

вторичными организмами, завершившаяся победой автотрофов.

Немаловажным фактором в этой борьбе стало то, что автотрофы

в качестве отходов своей жизнедеятельности выделяли свобод-

ный кислород, который стал смертельным ядом для первичных

гетеротрофов.

Первыми автотрофными организмами, очевидно, были циа-

неи, а затем зеленые водоросли. Останки их находят в породах

архейского возраста (около 3 млрд лет назад). В то время, оче-

видно, существовало множество видов водорослей, как свободно

плавающих в воде, так и прикрепленных ко дну.

Хотя свободный кислород и был ядом для первичных аэро-

бов, не все из них погибли. Некоторые остались жить в болотах,

где не было свободного кислорода. Там, питаясь, они выделяли

метан. Некоторые же первичные организмы смогли приспосо-

биться к кислородной атмосфере.

Параллельно с этим шел процесс формирования эукариотов.

Прокариоты, простые, выносливые и практически бессмертные

организмы, уступали место смертным эукариотам. Прокариоты,

обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстро-

му размножению, легко приспосабливались к меняющимся ус-

ловиям среды, существовавшим в

первые

периоды истории Зем-

ли. Но с формированием кислородной атмосферы условия ста-

билизировались, и в этих новых условиях нужны были организ-

мы нового типа, приспособленные к ним. Нужна была не гене-

тическая гибкость, а генетическая стабильность. Эукариоты

появились к концу второго этапа развития биосферы Земли.

Эти процессы и составили содержание второго этапа в

исто-

рии биосферы Земли, продолжавшегося до завершения осадко-

накопления полосчатых железистых формаций докембрия при-

мерно 1,8 млрд лет назад. Таким образом, слабоокислительный

период в истории биосферы занял почти половину всей геоло-

гической истории планеты. Дело в том, что, хотя свободный ки-

слород и вырабатывался

фотосинтезирующими

организмами в

значительных количествах, но в атмосфере его в свободном со-

стоянии практически не было, поскольку кислород расходовался

на окисление железа, сернистых соединений и других

полива-

лентных металлов. При этом окислы железа осаждались, образуя

полосчатые формации. Только после освобождения океана от

железа и других металлов, концентрация кислорода в атмосфере

ст&ча

резко возрастать.

В естествознании существует понятие о «точке

Пастера»

—

такой концентрации свободного кислорода, при которой ки-

слородное дыхание становится более эффективным (примерно

в 50 раз) способом использования внешней энергии Солнца, чем

анаэробное брожение. Этот критический уровень равен пример-

но 0,01 от современного показателя содержания кислорода в

атмосфере. После перехода через него преимущество в естест-

венном отборе получают организмы, способные к кислородному

дыханию. С этого момента начинается третий этап в эволюции

биосферы Земли.

О ис те и " ^

этого

времени начинается развитие фото-

этап в эволюции автотрофной биосферы Земли, в связи с чем

биосферы количество кислорода в атмосфере резко

повысилось. Еще в протерозое (2,6 млрд —

570 млн лет назад) эукариоты разделились на растительные и

животные

клетки.

Большей частью растительных клеток исполь-

зовался фотосинтез. Благодаря этому концентрация кислорода в

атмосфере росла, и его уже стало хватать для процессов дыхания.

Тогда же в океане появились первые многоклеточные организмы.

Около 400 млн лет назад (конец ордовика — начало силура),

когда концентрация свободного кислорода в атмосфере достигла

10%,

возник озоновый экран, предохранявший живое вещество

от жесткого излучения, и жизнь вышла из моря на сушу. Как

только это случилось, резко возросла интенсивность реакций

фотосинтеза, а следовательно, и поступление кислорода в атмо-

сферу. Всего за 100 млн лет уровень концентрации кислорода

достиг современного значения в 21%. После этого состав атмо-

сферы практически не менялся до наших дней.

После выхода жизни на сушу произошло резкое увеличение

массы живого вещества. Масса живого вещества суши в 800 раз

470

больше биомассы океана. Одновременно жизнь проникала все

глубже в океан, осваивая все большие глубины.

Наземные растения положили начало образованию угля,

нефти, газа, горючих сланцев. Стал меняться биогеохимический

круговорот элементов. При этом снижалась роль основных по-

род, и в земной коре вместо магния, кальция, железа стали

большую роль играть кремний, натрий, алюминий, калий. Бла-

годаря деятельности живых организмов резко возрос круговорот

кислорода и углекислого газа. Перечисленные процессы, а так-

же постепенное снижение уровня радиации стимулировали и

ускоряли усложнение живого вещества, вели к появлению но-

вых, более высокоорганизованных видов.

Так, на суше появились папоротники, хвощи, семенные па-

поротники. Развитие наземной растительности и образование почв

создало предпосылки для выхода на поверхность континента

животных. В результате эволюции растительного мира в мезо-

зойской эре (около 200 млн лет назад) возникли леса хвойных и

цветковых растений, полные жизни.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередо-

вание этапов эволюции, прерываемых скачкообразными перехо-

дами в качественно новые состояния. В результате образовыва-

лись все более сложные и упорядоченные формы живого

веще-

ства. В истории биосферы бывали временные остановки про-

грессивного развития, но они никогда не переходили в стадию

деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом,

достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития

биосферы:

• появление простейших клеток-прокариотов;

• появление значительно более организованных клеток-эука-

риотов;

• объединение клеток-эукариотов с образованием многокле-

точных организмов, функциональная дифференциация кле-

ток в организме;

• появление организмов с твердыми скелетами и формиро-

вание высших животных;

• возникновение у высших животных развитой нервной сис-

темы и формирование мозга как органа сбора, системати-

зации, хранения информации и управления на ее основе

поведением организмов;

• формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

• образование социальной общности людей — носителей ра-

зума.

471

Вершиной направленного развития биосферы стало появле-

ние в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену геолого-

биологической эволюции пришел период социальной эволюции.

Он принес самые крупные изменения в биосфере Земли, во всем

облике нашей планеты.

18.6. Появление царства растений

и царства животных

В процессе формирования биосферы эукариоты еще в про-

терозое разделились на растительные и животные клетки. Как

считает большинство биологов, их следует различать по структуре

клеток и их способности к росту, по способу питания, по спо-

собности к движению. При этом отнесение живого существа к

одному из этих царств следует проводить не по каждому отдель-

ному основанию, а по совокупности всех трех признаков. Это

связано с тем, что между растениями и животными существуют

переходные типы, обладающие свойствами как растений, так и

животных. Так, например, кораллы, моллюски, речные губки всю

жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим

признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные

растения, которые по способу питания относятся к животным.

Есть также живые организмы, которые питаются как растения, а

двигаются как животные. В настоящее время на Земле сущест-

вует 500 тыс. видов растений и

1,5

млн видов животных, в том

числе позвоночных — 70 тыс., птиц — 16 тыс., млекопитающих

540 видов.

Обоа

ова

ие Растительные клетки покрыты жесткой цел-

и развитие люлозной оболочкой, которая, с одной сто-

растений

роны, защищает их, но с другой, не дает им

свободно перемещаться для получения пи-

щи. Эволюция растительных клеток была связана с совершенст-

вованием фотосинтеза, дававшего им необходимые питательные

вещества. Тем не менее, среди растений существовали не только

автотрофы, но и гетеротрофы, взаимно дополнявшие друг друга.

Самыми первыми растениями были одноклеточные водоросли

разных типов. Они пришли на смену безраздельно господство-

вавшим до этого сине-зеленым водорослям и бактериям, отно-

сящимся к прокариотам.

На водорослях впервые природа опробовала половое раз-

множение, представляющее собой слияние ДНК двух индивидов

с последующим перераспределением генетического материала,

472

вследствие чего потомство получается похожим на своих роди-

телей, но не идентичным им. Это событие произошло около 900

млн лет назад.

Затем, 700—800 млн лет назад, появились первые многокле-

точные организмы, также относящиеся к водорослям —- обшир-

ной группе низших водных растений, содержащих хлорофилл и

вырабатывающих органические вещества путем фотосинтеза.

Именно на водоросли приходится наиболее длительный этап в

развитии зеленых растений. Они же сыграли роль гигантского

генератора свободного кислорода в атмосфере Земли.

Событием огромной важности стал выход растений из моря

на сушу, совершившийся в силуре около 400 млн лет назад.

Этот факт стал в свою очередь предпосылкой для выхода на су-

шу животных. Считается, что еще до массового выхода на сушу

там появлялись локальные участки жизни — на побережьях

мелководных заливов и лагун, в местах, где вода могла периоди-

чески отступать, оставляя растения. Именно так появились рас-

тения, нижняя часть которых находилась в воде, а верхняя — в

воздухе, под прямыми лучами Солнца. Затем растения смогли

развить корневую систему, позволявшую использовать грунто-

вые

воды.

В новых условиях фотосинтез становился более совершенным,

так как солнечная энергия не поглощалась водой. Чтобы защи-

титься от высыхания, растениям пришлось сформировать воско-

видную водонепроницаемую оболочку. Кроме того, произошла

перестройка организмов, в них появились новые органы и тка-

ни, изменялись способы размножения, распространения и т.д.

Таким образом, в растительных организмах появились корень,

стебель, лист, проводящие системы, покровные ткани.

Первыми на сушу вышли

псилофиты

— споровые растения,

похожие на плауны. У них еще не было корней и почти не было

листьев. В основном они состояли из длинных ветвившихся зе-

леных стеблей. Псилофиты покрывали влажную почву суши на-

стоящими зелеными коврами.

Затем появились мхи и папоротники. Они добавили значи-

тельное количество кислорода в атмосферу, а также создали боль-

шое количество пищевых веществ, необходимых для возникно-

вения и развития сухопутных позвоночных животных. В это же

время (девон, карбон и

пермъ

— 400—230 млн лет назад) накап-

ливается огромное количество каменного угля. Тогда же появля-

ется множество голосеменных растений. С этого момента поверх-

ность материков стала приобретать современный облик.

473

В мезозое (около 200 млн лет назад) широко

распространи-'

ются

хвойные, цикадовые, а в меловой период (около 100 млн

лет назад) появляются цветковые растения. Среди них — буш

ива, береза, платан, лавр, магнолия. В связи с появлением цвет-

ковых растений произошел расцвет насекомых, играющих

зна-!

чительную роль в их опылении.

После этого лиственные леса стали сосуществовать с появив-

шимися ранее хвойными лесами, давшими приют папоротни-

кам, боящимся открытого солнца. Таким образом, в

современ^

ном растительном мире сохранились наряду с высокоорганизо-

ванными растениями представители более ранних эпох, которых

можно назвать «живыми ископаемыми».

ле„«»л

,иио

Животная клетка, в отличие от

раститель-ч

и развитие

ной,

имеет эластичную оболочку и поэтому

животных

не

те

яет

способности к передвижению. Та-:

ким образом, животные клетки имеют воз-

можность сами искать себе пишу. Их эволюция шла в направ-

лении совершенствования способов передвижения и способов

поглощения и выделения крупных частиц через оболочку.

Сная

чала пищей служили крупные органические фрагменты,

затеи

куски мертвой ткани и, наконец, поедание и переваривание

цен

лых клеток, свойственное хищникам. Их появление резко ин-

тенсифицировало естественный отбор.

Первые примитивные представители животного царства ве-

дут свое начало от одноклеточных простейших организмов, от-

делившихся от общего ствола с растениями. К сожалению, мы

почти ничего не можем сказать о них, так как их следы практи-

чески не сохранились. Судя по всему, они имели общие при-

знаки с одноклеточными зелеными водорослями. Подобные ор-

ганизмы (радиолярии) и сегодня составляют значительную часть

планктона морей и океанов.

Возникновение животной клетки было связано с переходом

к гетеротрофному способу питания. Но он шел постепенно, по-

этому существовали и продолжают существовать переходные

формы между растениями и животными. Среди них — жгутико-

носцы, которые, как животные, обладают жгутиками — органами

передвижения, а как растения — автотрофным или смешанным

способом питания. Так, и в наши дни существует эвглена зеле-

ная, которая при хорошем освещении и наличии минеральных

веществ в воде ведет себя как типичное растение. Но в темноте

или неблагоприятных условиях она теряет хлорофилл и начинает

усваивать из раствора органические вещества, как животное.

474

Как и у растений, важнейшим этапом в эволюции животных

стало появление многоклеточных организмов. Скорее всего, этот

шаг был сделан с помощью колоний, в которые объединялись

некоторые одноклеточные организмы. Вначале все клетки в та-

ких колониях были одинаковыми, но затем началось их разде-

ление и дифференциация в соответствии с выполняемыми функ-

циями. Массовое появление многоклеточных животных

произош-

ло в позднем кембрии. Судя по всему, это были многочислен-

ные морские беспозвоночные организмы — медузоподобные пла-

вающие формы, кишечнополостные, морские черви.

Дальнейшая эволюция многоклеточных организмов шла в на-

правлении совершенствования способов их передвижения, дыха-

ния, лучшей координации деятельности клеток и т.д.

На следующую ступень в своем развитии животное царство

поднялось с появлением твердых

частей

тела — раковин и

внут-

реннего скелета. В кембрийских морях были ракообразные,

губки,

кораллы, иглокожие, моллюски, трилобиты. Твердый скелет слу-

жил опорой организмам, способствовал увеличению их размеров,

делал их более прочными, защищая от физических поврежде-

ний. Также он мог служить защитой от хищников, которые поя-

вились около 450 млн лет назад.

Около 500 млн лет появились первые позвоночные животные.

Это наиболее высокоорганизованная, обширная и разнообразная

группа животных. К ним относятся рыбы, земноводные, пре-

смыкающиеся и

млекопитающие.

Первые позвоночные появились в воде — ими были рыбы.

Современные рыбы делятся на два больших класса — хрящевых

и костистых. К хрящевым относятся акулы и скаты. Некоторые

виды акул появились еще в девоне, около 400 млн лет назад и с

тех пор не менялись. Костистых рыб сегодня большинство, они

преобладают в современных водоемах. У них есть плавательный

пузырь, регулирующий глубину их погружения.

Следующий шаг в эволюции животных был сделан с появле-

нием двоякодышащих рыб, живших в периодически высыхавших

водоемах. Легкие помогали им выжить в периоды засухи. В наши

дни сохранилось лишь три вида таких рыб. Некоторые пресно-

водные двоякодышащие рыбы дали начало земноводным, которые

могут далеко уходить от природных водоемов, но для размножения

они должны возвращаться в них.

Это

произошло в девоне.

Тогда же, очевидно, появились первые насекомые. У них роль

каркаса играл не внутренний скелет, а наружная хитиновая обо-

475

лочка.

Кроме того, насекомые

облапают

сложной нервной

систе-1

мой, с большим количеством относительно самостоятельных

нерн

ных центров. В их жизни большую роль играют врожденные

реакч

иии

(у позвоночных — идет развитие головного мозга, что даем

возможность преобладания условных рефлексов нал

безусловнЛ

ми). Предки насекомых, пауков и скорпионов вышли на сушу

срЛ

зу вслед за растениями.

Выход жизни на сушу был связан с серьезнейшими

измене!

ниями ее форм. Ведь на суше вес тел больше, чем в воде, в воя

духе не содержится питательных веществ, которые есть в воде

растворенном виде. Кроме того, воздух иначе пропускает свет

звук, а концентрация кислорода в нем выше, чем в воде.

Таки

образом, жизнь должна была приспособиться

новым условия*

выработав соответствующие приспособления. Первыми, полно

стью

приспособившимися к условиям суши позвоночными, стал

рептилии. Их яйца были покрыты твердой скорлупой,

предо!

вращающей высыхание, снабжены пищей и кислородом дл

развития эмбриона. Первые рептилии были похожи на неболь-

ших ящериц. Они начали активное завоевание суши в карбоне

(350—285 млн лет назад). В следующем, пермском периоде (285-

230 млн лет назад) они полностью преобладали на суше.

Следующая, мезозойская эра (230—67 млн лет назад), стала

эрой господства рептилий, среди которых были как хищники,

так и травоядные. В триасовом периоде (230—195 млн лет назад

появились

к-динозавры,

размеры которых сильно варьировались —

от мелких животных, величиной с кошку, до 30-метровьтх гиган-

тов, весящих 40—50 тонн. Они жили на суше (тиранозавры,

игуанодоны, стегозавры, трицератопсы и др.), в воде (бронто-

завры, диплодоки, ихтиозавры, плезиозавры), в воздухе (птеро-

завры, птеродактили). В юрском периоде (195—137 млн лет назад)

появились птицы, которых Т. Гексли в силу их родства с репти-

лиями, назвал «взлетевшими рептилиями». Птицы, как и репти-

лии, несут яйца, но в меньших количествах, заботятся о своем

потомстве и имеют постоянную высокую температуру тела. Пере-

ходной формой между рептилиями и птицами стал археоптерикс.

В конце мелового периода (67 млн лет назад) произошло мас-

совое вымирание мезозойских рептилий. Причина этого до сих

пор не ясна, хотя существуют многочисленные версии, среди ко-

торых — возможное падение гигантского метеорита, вызвавшее

глобальное похолодание и изменение климата. В новых условиях

преимущество в естественном отборе получили птицы, а также

476

^екопитающие,

возникшие еще в триасовом периоде. Но в те

времена они были небольшими, преимущественно насекомояд-

ными животными. Лишь в кайнозойскую эру начался период их

господства на Земле. Это было связано с тем, что в условиях по-

холодания важнейшим условием выживания стала теплокров-

ность, обеспечившая постоянно высокую температуру тела и по-

стоянство внутренней среды организма, Поскольку млекопитаю-

щие являются живородящими животными и вскармливают своих

детенышей молоком, это обеспечивает лучшую сохранность мо-

лодняка и возможность размножения в разнообразных условиях.

Кроме того, у них развитая нервная система, способная обеспе-

чить разнообразные поведенческие формы приспособления к

окружающей среде.

Первые насекомоядные млекопитающие дали начало пла-

центарным и сумчатым млекопитающим, которые развивались

одновременно. В первой половине кайнозоя господствовали

сумчатые. Но позже, в неогеновом периоде (27—3 млн лет на-

зад), они были вытеснены более высокоорганизованными пла-

центарными млекопитающими. Поэтому в наши дни сумчатые

сохранились лишь в Австралии, Новой Гвинее и Южной Аме-

рике. Плацентарные млекопитающие образовали 31 отряд. Сре-

ди них были китообразные и грызуны, летучие мыши, приматы

т.д. Существовавшие в те времена

хищнокопытные

раздели-

лись, образовав хищников и копытных животных. Во второй по-

ловине кайнозоя плацентарные млекопитающие стали господ-

ствующей группой животных на Земле.

Эволюция млекопитающих проходила в течение всей кайно-

зойской эры. Большую роль в этом сыграло разделение конти-

нентов, что привело к обособлению животных и формированию

частично изолированных зоогеографических областей, в которых

до сих пор сохранились некоторые реликтовые животные. Так, в

эпоху господства сумчатых отделилась Австралия, сохранившая

представителей этих животных до наших дней. Отделившаяся

позже Южная Америка сохранила реликты начала кайнозойской

эры, среди которых были опоссумы, броненосцы и ленивцы.

Важнейшим этапом в эволюции жизни на Земле стало появ-

ление отряда приматов, предки которых были известны с ме-

лового периода. Они походили на современных лемуров. Около

80 млн лет назад появились приматы, обитавшие на деревьях. В

палеогене (67—27 млн лет назад) приматы разделились на низших

и человекообразных обезьян. Последние в свою очередь дали на-

чало непосредственным предкам человека.

477

Таким образом, постепенно в кайнозое сформировались

пред-1

посылки, необходимые для появления человека. Среди них

~»Д

стадный образ жизни, который вели некоторые

млекопитающие.]

Он

сформировал привычку будущего социального

обшения,]

роходившего

без потери индивидуальности членов этого

кол-3

юктива.

Это был важнейший шаг вперед по сравнению с насе-

комыми, которые тоже жили большими коллективами, но

при)

этом полностью теряли свою индивидуальность. Следующий шаг

Жизнь на Земле сделала уже с появлением человека

разумного,

существа, обладающего способностью к целенаправленному им

менению окружающего мира, созданию собственного

искусст-1

венного мира культуры.

|^?

Вопросы для обсуждения

Сформулируйте принцип Реди. Каково его значение в науке?

Что такое вирусы? Почему они не могут быть первичными живыми

ор-|

ганизмами на Земле?

3. Изложите основные положения концепции А.И. Опарина.

4. В чем разница между концепциями голобиоза и генобиоза? Какая из

этих концепций может быть названа субстратной, а какая -

информа-'

ционной?

Вспомните, что такое прокариоты и эукариоты? В чем разница

между]

б.Дайте

определение жизни. Почему при формулировании определения

жизни так важно учитывать механизм сохранения

воспроизводства

собственных структур?

7. Какие условия необходимы для появления жизни? Вспомните, как

учся

ные оценивают вероятность существования жизни на других

планета»

Солнечной системы.

6. Какие причины обусловили выход растении и животных на

сушу?

Глава 19

Теория эволюции

органического мира

Одна из основных особенностей познания биологических

объектов заключается в изучении их предшествующей истории,

без которой невозможно глубоко понять сущность жизни как

специфической формы движения материи. Созданная на основе

исторического метода эволюционная теория, в задачу которой

входит изучение факторов, движущих сил и закономерностей

органической эволюции, по праву занимает центральное место в

системе наук о живой природе. Она представляет собой обоб-

щающую биологическую концепцию. Практически нет таких

отраслей биологии, для которых эволюционная теория не давала

бы методологических принципов исследования. Не случайно

эволюционная

биология является одним из трех важнейших на-

правлений развития

биологической

науки.

19.1. Становление идеи развития в биологии

Этот этап охватывает период времени протяженностью

более

лвух тысяч лет, от античной натурфилософии до возникновения

первых биологических дисциплин в науке Нового времени. Ос-

новным содержанием этого периода является сбор сведений об

органическом

мире,

а также формирование двух основных точек

зрения, объясняющих разнообразие видов в живой природе.

Первая из них возникла еще в античности на базе античной

диалектики, утверждавшей идею развития и изменения окру-

жающего мира. Вторая точка зрения появилась вместе с христи-

анским мировоззрением, основанным на идеях креационизма, В

умах многих ученых господствовало представление, что Бог соз-

дал весь окружающий нас мир, в том числе все виды жизни,

существующие с тех пор в неизменном виде.

На протяжении первого этапа развития эволюционной идеи

между этими двумя точками зрения шла постоянная борьба,

причем

серьезное преимущество имела креационистская версия.

479

Ведь наивно

ВЫГЛЯДИТ

трансформистские представления о

сам!

зарождении живых существ, возникновении сложных органи

мов

путем случайного сочетания отдельных органов, при

котх

ром нежизнеспособные сочетания вымирают, а удачные

сохр;

няются (Эмпедокл), внезапном превращении видов

(Анаксиме*

и т.д. Они не могут рассматриваться лаже как прообраз

эволк

ционного

подхода к познанию живой природы.

Интерес к биологии заметно усилился в эпоху Великих гео

графических открытий. Интенсивная торговля и открытие но

вых

земель расширяли сведения о животных и растениях. По

требность в упорядочении быстро накапливающихся знани

привела к необходимости их систематизации и появлению пер

БЫХ классификаций видов, среди которых особое место принад

лежит классификации К. Линнея. Он исходил из идеи неизмен

ности видов. Но в том же

XVIII

веке появились и другие идеи

связанные с признанием не только градации, но и

постепенноп

усложнения органических форм. Именно так, в работах швей-

царского биолога III. Бонне было использование понятие об эво-

люции как процессе длительного, постепенного изменения,

приводящего

к появлению новых видов. Но пока еще идеи гра-

дации живых существ и идеи эволюции существовали отдельно.

В единую теорию они слились только в

XIX

в. в эволюционной

теории Жана Батиста

Ламарка.

и-«ы

щ.,..

Первая попытка построения целостной кон-

концепция _

развития цепции развития органического мира была

Ж.Б. Ламарка предпринята французским естествоиспыта-

телем Ж.Б.

Ламарком.

В отличие от многих

своих предшественников теория эволюции Ламарка опиралась

на факты. Мысль о непостоянстве видов возникла у него вслед-

ствие глубокого изучения строения растений и животных. В ос-

нову его эволюционной теории положено представление о раз-

витии, постепенном и медленном, от простого к сложному, и о

роли внешней среды в преобразовании организмов. Идеи Ла-

марка были изложены в книге «Философия

зоологии».

Ламарк считал, что первые самозародившиеся организмы да-

ли начало всему многообразию ныне существующих органиче-

ских форм. К этому времени в науке уже достаточно утверди-

лось представление о «лестнице сушеств» как последовательном

ряде независимых, неизменных, созданных творцом форм. Он

видел в градации этих форм отражение истории жизни, реального

процесса развития одних форм из других. Развитие от простей-

ших до самых совершенных организмов — главное содержание

480

истории органического мира. Человек — тоже часть этой исто-

рии, он развился из обезьян.

Описывая различные классы животных, Ламарк искал пере-

ходные формы между ними, хотя и допускал неизбежные ошиб-

ки в силу недостаточного развития в то время сравнительной

анатомии. Наличие таких промежуточных видов должно было

служить главным доказательством эволюции органического ми-

ра. В изменяемости видов его убеждали многочисленные приме-

ры изменения растений и животных под влиянием окультурива-

ния и одомашнивания, при

переселении

организмов в

другие-

места обитания с иными условиями существования, а также

факты межвидовой гибридизации.

Таким образом, Ламарк сделал вывод, что раз виды измен-

чивы, то реальных границ между ними в природе нет, и видов

как таковых тоже нет. Природа для него представляла собой не-

прерывную цепь изменяющихся индивидуумов, которые лишь

ради удобства ученых выделяются в отдельные группы — виды.

Главной причиной эволюции Ламарк считал присущее жи-

вой природе стремление к усложнению и самосовершенствова-

нию своей организации. Оно проявляется во врожденной спо-

собности каждого индивида к усложнению организма. Вторым

фактором эволюции он называл влияние внешней среды: пока

она не изменяется, виды постоянны, как только она становится

иной, виды также начинают меняться. При этом признаки, при-

обретенные таким образом, наследуются.

Итак, Ламарк соединял в своей эволюционной теории действие

двух факторов: божественного,

дающего

организму стремление к

усложнению, я фактора внешней среды, заставляющего упражнять

и развивать определенные органы. Ламарк признавал, что если од-

ни органы развиваются, то другие, не вовлеченные в упражнения,

атрофируются. Так, именно в результате упражнений у жирафа

появилась длинная шея, ведь предки жирафа, питаясь листьями

деревьев, тянулись за ними и в каждом поколении шея и ноги

росли. Тем самым, Ламарк высказал предположение, что вызван-

ные в результате упражнений органов изменения передаются по

наследству. При этом потомство продолжает развиваться в том же

направлении,

и один вид превращается в другой.

Обобщая идеи Ламарка, можно сделать вывод, что для ла-

маркизма характерны два основных методологических признака:

• телеологизм — как присущее организмам стремление к со-

вершенствованию;

• организмоцентризм — признание организма в качестве

элементарной единицы эволюции, прямо приспосабливаю-

шегося

к изменению внешних условий и передающего

эти!

изменения по наследству.

С точки зрения современной науки эти положения

принци-

пиально неверны, они опровергаются фактами и законами гене- ,

тики. Не получила теория Ламарка признания и у его современ-

ников, так как в то время наука еще не была готова к принятию

Идеи

эволюционных преобразований. К тому же доказательства

причин изменяемости видов, приводимые Ламарком, не были

достаточно убедительными. Но концепция Ламарка не была и

опровергнута, ее лишь забыли на некоторое время, чтобы вновь

вернуться к его идеям во второй половине XIX в., положив их в

основу всех

антядарвинистских

концепций.

Теория катастроф Намного большей популярностью в начале

Кювье

В-

полк}

овались

взгляды

соотечествен-

ника Ламарка

—

Жоржа Леопольда Кювье.

Пока Ламарк размышлял о причинах целесообразности живых

организмов, Кювье избрал эту целесообразность основным ору- ;

днем исследования.

Методология Кювье основывалась на больших успехах в таких

областях биологической науки, как сравнительная анатомия и

палеонтология. Он систематически проводил сравнение строения

и функций одного и того же органа или целой системы органов

через все разделы животного царства. Исследуя строение органов

позвоночных животных, он установил, что все органы представ-

ляют собой части единой целостной системы. Вследствие этого

строение каждого органа закономерно соотносится со строением

всех других. Ни одна часть тела не может

изменяться

без соответ-

ствующего изменения других частей. Это означает, что каждая

часть тела отражает принципы строения всего организма.

Так, у травоядных животных, питающихся малопитательной

растительной пищей, обязательно должен быть большой желу-

док, способный переваривать эту пищу в больших количествах.

Размер желудка обусловливает размеры других внутренних орга-

нов: позвоночника, грудной клетки. Массивное тело должно

держаться на мощных ногах, снабженных твердыми копытами, а

длина ног обусловливает такую длину шеи, которая дает сво-

бодно щипать траву.

У хищников пища более питательна, поэтому желудок у них

меньше. Кроме того, им нужны мягкие лапы с подвижными

когтистыми пальцами, чтобы незаметно подкрадываться к до-

быче и хватать ее. Шея у хищников должна быть короткой, зубы

острыми и т.д.

482

Такое соответствие органов животных друг

другу

Кювье на-

зван

принципом корреляций (соотносительности). Руководствуясь

принципом корреляций, Кювье успешно применял полученные

щания,

умея по единственному зубу восстановить облик живот-

ного, ведь в любом фрагменте организма, как в зеркале, отража-

лось все животное.

Безусловной заслугой Кювье стало применение принципа

корреляций в палеонтологии, при восстанавлении облика давно

исчезнувших с лица Земли животных. Благодаря работам Кювье

мы сегодня представляем себе, как выглядели динозавры, ма-

монты и мастодонты — весь мир ископаемых животных. Таким

образом, Кювье, который сам исходил из идеи постоянства ви-

дов, не видя переходных форм между современными животны-

ми и жившими раньше, внес большой вклад в становление эво-

люционной теории, появившейся полвека спустя.

В процессе своих исследований Кювье заинтересовался исто-

рией Земли, земных животных и растений. Он потратил многие

годы на ее изучение, сделав при этом множество ценных откры-

тий. В частности, он обнаружил, что останки одних видов приуро-

чены к одним и тем же геологическим напластованиям,

в сосед-

них пластах находятся совершенно другие организмы. На этом ос-

новании он делал вывод, что животные, населявшие нашу планету,

погибали почти мгновенно от неизвестных причин, а потом на их

месте появлялись совершенно другие виды. Кроме того, он выяс-

нил, что многие современные участки суши раньше были морским

дном, причем смена моря и суши происходила неоднократно.

В результате своих исследований Кювье пришел к выводу,

что на Земле периодически происходили гигантские катаклиз-

мы, уничтожавшие целые материки, а вместе с ними и их оби-

тателей. Позднее на их месте появлялись новые организмы. Так

была сформулирована знаменитая теория катастроф, пользо-

вавшаяся большой популярностью в XIX в.

Последователи и ученики Кювье, развивая его учение, пошли

еще дальше, утверждая, что катастрофы охватывали весь земной

шар. После каждой катастрофы следовал новый акт божественно-

го творения. Таких катастроф и, следовательно, актов творения

они насчитывали двадцать семь.

19.2. Эволюционная теория

Ч. Дарвина

Считается, что создание эволюционной теории началось в

1831 г., когда молодой англичанин Чарлз Дарвин отправился в

кругосветное плавание. Через пять лет он привез оттуда огром-

ное количество материалов, подтверждающих его убежденность

в том, что все виды живого изменчивы, и современное состоя-

ние растительного и животного

царств

является результатом по-

степенного, длительного и сложного процесса развития органи-

ческого мира. В течение двадцати лет он работал над

доказа-

тельством своей гипотезы эволюции органического мира, не

публикуя никаких результатов своей работы.

Доказательства в пользу эволюционной теории также искал I

и Альфред Уоллес, который в одной из своих работ предположил,

что виды могут изменяться. На формирование его взглядов ока-

зало большое влияние прочтение книги английского ученого \

Томаса Мальтуса «Опыт закона о

народонаселении».

Именно

Мальтус выдвинул предположение, что каждая популяция стре-

мится к максимальному размножению, которое идет в геометри-

ческой прогрессии, но естественным препятствием такому безу-

держному размножению является недостаток средств существова-

ния, которые даже у человека увеличиваются лишь в арифмети-

ческой прогрессии. Таким образом, природа контролирует чис-

ленность популяций, приводя к гибели лишних особей. Важней-

шей догадкой Уоллеса по прочтении этой книги стала идея о вы-

живании не случайных особей из популяции, а наиболее приспо-

собленных к условиям своего существования.

Идея о постепенном и непрерывном изменении всех видов

растений и животных высказывалась многими учеными задолго до

Дарвина,

'в

частности Ламарком и Эразмом Дарвином (дедом Чар-

лза Дарвина). Поэтому само понятие эволюции — процесса дли-

тельных, постепенных, медленных изменении, в конечном итоге •

приводящих к коренным, качественным изменениям — возникно-

вению новых организмов, структур, форм и видов, проникло в

науку еще в конце XVIII в. Заслугой Дарвина и Уоллеса стало от-

крытие механизма появления новых живых существ без участия

Бога. Так было сформулировано учение о естественном отборе.

Опираясь на огромный фактический материал и практику се-

лекционной работы по выведению новых сортов растений и пород

животных, Дарвин пришел к выводу, что в природе любой вид жи-

вотных и растений стремится к размножению в геометрической

прогрессии. В то же время число взрослых особей каждого вида

остается относительно постоянным. Так, самка трески мечет семь

миллионов икринок, из которых выживает лишь 2%. Следователь-

но, в природе происходит борьба за существование, в результате

которой накапливаются признаки, полезные для организма и вида

484

в целом, а также образуются новые виды и разновидности. Ос-

тальные организмы гибнут в неблагоприятных условиях среды. Та-

ким образом, борьба за существование — это совокупность много-

образных, сложных взаимоотношений, существующих между орга-

низмами и условиями среды. Она бывает трех видов;

• межвидовая — в ней успех одного вида означает неудачу

другого;

• внутривидовая — наиболее острая форма борьбы, выра-

жающаяся в противоборстве особей одного вида в процес-

се удовлетворения одинаковых потребностей;

• борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды.

В борьбе за существование выживают и оставляют потомство

индивидуумы и особи, обладающие таким комплексом призна-

ков и свойств, который позволяет наиболее успешно конкури-

ровать с другими особями. Таким образом, в природе происхо-

дит процесс избирательного уничтожения одних особей и пре-

имущественного размножения других — естественный отбор,

или выживание наиболее приспособленных.

При изменении условий внешней среды полезными для вы-

живания могут оказываться каждый раз новые признаки. В ре-

зультате меняется направление отбора, перестраивается структура

вида,

благодаря

размножению широко распространяются новые

признаки — появляется новый вид. Полезные признаки сохра-

няются и передаются последующим поколениям, так как в жи-

вой природе действует фактор наследственности, обеспечиваю-

щий устойчивость

видов.

Однако в природе нельзя

обнаружить,

два одинаковых, со-

вершенно тождественных организма. Все многообразие живой

природы является результатом процесса изменчивости, то есть

превращений организмов под влиянием внешней среды.

Дарвин считал, что появление новых видов связано с дли-

тельным процессом накопления полезных индивидуальных из-

менений, увеличивающихся из поколения в поколение. Это свя-

зано с тем, что жизненные ресурсы (пища, места для размноже-

ния и т.д.) всегда ограниченны. Поэтому самая ожесточенная

борьба за существование происходит между наиболее схожими

особями. Напротив, между различающимися в пределах одного

вида особями одинаковых потребностей меньше, а конкуренция

слабее. По этой причине несхожие особи имеют преимущество в

оставлении потомства. С каждым поколением различия становятся

все более выраженными, а промежуточные формы, сходные между

собой, вымирают. Так, из одного вида образуется несколько но-

вых видов. Явление расхождения признаков, ведущее к видооб-

485