Возникновение жизни (от архея до рифея)

Жизнь могла появиться только тогда, когда в архее сложились для этого благоприятные условия и, в первую очередь, благоприятная температура. Живая материя, помимо других веществ, построена из белков. Поэтому к моменту происхождения жизни температура на земной поверхности должна была упасть настолько, чтобы белки не разрушались. Известно, что сейчас температурная граница существования живой материи лежит у 90° С, в горячих источниках при этой температуре живут некоторые бактерии. При этой высокой температуре уже могут образовываться определенные органические соединения, необходимые для образования живой материи, и прежде всего белки. Трудно сказать, сколько времени понадобилось для того, чтобы земная поверхность остыла для соответствующей температуры. Многие исследователи, изучающие проблему происхождения жизни на Земле, полагают, что жизнь зародилась на морском мелководье в результате обычных физико-химических процессов, присущих неорганической материи. Определенные химические соединения образуются в определенных условиях и химические элементы соединяются друг с другом в определенных весовых соотношениях. Вероятность возникновения сложных органических соединений особенно высока для атомов углерода вследствие их специфических особенностей. Именно поэтому углерод стал тем строительным материалом, из которого по законам физики и химии относительно легко и быстро возникли самые сложные органические соединения.

Молекулы отнюдь не сразу достигли той степени сложности, которая необходима для построения «живой материи. Мы можем говорить о химической эволюции, предшествовавшей биологической и завершившейся появлением живых существ. Процесс химической эволюции был довольно медленным. Начало этого процесса удалено от современности на 4,5 млрд. лет и практически совпадает со временем формирования самой Земли. Первым этапом на этом пути было возникновение элементов, которые стали вступать в различные комбинации, образуя химические соединения. И вскоре после этого на поверхности Земли появились органические соединения и их полимеры, оказавшиеся предшественниками первичных живых систем - эобионтов. Последние появились на менее 3,5 млрд. лет назад.

Первые живые организмы отличались, естественно, предельной простотой строения. Однако естественный отбор, в ходе которого выживали мутанты, лучше приспособленные к условиям среды, я вымирали их менее адаптированные конкуренты, вел к неуклонному усложнению форм жизни. Первичные организмы, появившиеся, по нашим представлениям, где-то в раннем архее, еще не подразделялись на животных и растения. Обособление этих двух систематических групп было закончено только в конце раннего архея. Древнейшие организмы жили и умирали в первичном океане, и скопления их мертвых тел уже могли оставить в породах отчетливые отпечатки.

Первые живые организмы могли питаться исключительно органическими веществами, т. е., они были гетеротрофными. Но исчерпав запасы органического вещества в своем ближайшем окружении, они оказались поставленными перед выбором: погибнуть или выработать способность синтезировать органические вещества из материалов неживой природы, и прежде всего из углекислого газа и воды. И действительно, в ходе эволюции некоторые организмы (растения) приобрели способность поглощать энергию солнечных лучей и с ее помощью расщеплять воду на составляющие элементы. Используя водород для восстановительной реакции, они смогли перерабатывать углекислый газ в углеводы и строить из него другие органические вещества в своем теле. Эти процессы известны под названием фотосинтеза. Организмы, способные превращать неорганические вещества в органические путем внутренних химических процессов, называются автотрофными. Появление фотосинтезирующих автотрофных организмов явилось переломным моментом в истории жизни на Земле. С этого времени началось накопление свободного кислорода в атмосфере и стало резко увеличиваться общее количество существующего на Земле органического вещества. Без фотосинтеза дальнейший прогресс в истории жизни на Земле был невозможен. Следы фотосинтезирующих организмов мы находим в самых древ них слоях земной коры.
Первые животные и растения были микроскопическими одноклеточными существами. Определенным шагом вперед было объединение однородных клеток в колонии; однако по-настоящему серьезный прогресс стал возможен только после появления многоклеточных организмов. Их тела состояли из отдельных клеток или групп клеток различной формы и назначения. Это дало толчок бурному развитию жизни, организмы становились все более сложными и разно образными. В начале протерозойского периода быстро прогрессировала флора и фауна планеты. В морях процветали уже несколько более прогрессивные формы водорослей, появились первые многоклеточные организмы: губки, кишечнополостные, моллюски и черви. Последующие этапы биологического развития сравнительно легко прослеживаются по окаменелым остаткам скелетов, встречающимся в различных слоях земной коры. Эти остатки, которые благодаря случаю и благоприятной среде сохранились в отложениях вплоть до наших дней, мы называем окаменелостями, или ископаемыми.

Древнейшие окаменелости

Древнейшие остатки организмов на Земле обнаружены в докембрийских отложениях Южной Африки. Это бактериеподобные организмы, возраст которых оценивается учеными в 3,5 млрд. лет. Они столь малы (0,25 Х 0,60 мкм), что разглядеть их можно только с помощью электронного микроскопа. Органические части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключение о сходстве с современными бактериями. Химический анализ выявил их биологический характер. Другие доказательства докембрийской жизни были найдены в древних образованиях Миннесоты (2,7 млрд. лет), Родезии (2,7 млрд. лет), вдоль границы Канады и США (2 млрд. лет), на севере штата Мичиган (1 млрд.лет) и в других местах.
Остатки животных со скелетными частями обнаружены в докембрийских отложениях лишь в последние годы. Однако уже давно в докембрийских отложениях находили остатки различных «бесскелетных» животных. Эти примитивные существа еще не имели ни известкового скелета, ни твердых опорных структур, однако изредка находились отпечатки тел многоклеточных организмов, а как исключение и их окаменевшие остатки. В качестве примера можно привести открытие в канадских известняках любопытных шишковидных образований - Atikokania, - которых многие ученые считают родителями морских губок. На жизнедеятельность более крупных живых существ, по всей вероятности червей, показывают четкие зигзагообразные отпечатки, - следы ползания, а также остатки «норок», обнаруженные в тонкослоистых осадках морского дна. Мягкие тела животных разложились в незапамятные времена, но палеонтологи смогли по следам определить образ жизни животных и установить существование различных их родов, напр., Planolithes, Russophycus и др. Чрезвычайно интересная фауна была открыта в 1947 г. австралийским ученым Р.К. Сприггсом в холмах Эдиакары, приблизительно в 450 км к северу от Аделаиды (Южная Австралия). Эта фауна была изучена профессором Аделаидского университета Н. Ф. Глесснером, который констатировал, что большинство видов животных из Эдиакары относится к неизвестным ранее группам бесскелетных организмов. Одни из них принадлежат к древним медузам, другие напоминают сегментированных червей - аннелид. В Эдиакаре и близких по возрасту местонахождениях Южной Африки и других регионов обнаружены также остатки организмов, принадлежащих к совершенно неизвестным науке группам.

Так, профессор X. Д. Пфлуг установил на основе некоторых остатков новый тип примитивных многоклеточных животных Petalonamae. Эти организмы обладают листовидным телом и происходят, по-видимому, от примитивнейших колониальных организмов. Родственные связи петалонамий с другими типами животных не вполне ясны. С эволюционной точки зрения, однако, очень важно что в эдиакарское время сходная по составу фауна населяла моря различных регионов Земли.
Еще совсем недавно многие высказывали сомнение в том, что эдиакарские находки действительно имеют протерозойское происхождение. Новые радиометрические методы показали, что слои с эдиакарской фауной насчитывают возраст около 700 млн. лет. Иными словами, они принадлежат позднему протерозою.

Еще более широкое распространение имели в протерозое микроскопические одноклеточные растения. Следы жизнедеятельности синезеленых водорослей, так называемые строматолиты, построенные из концентрических слоев извести, известны в отложениях, возраст которых насчитывает до 3 млрд. лет. Сине-зеленые водоросли не обладали скелетом и строматолиты образованы материалом, выпавшим в осадок в результате биохимических процессов жизнедеятельности этих водорослей. Сине-зеленые водоросли, наряду с бактериями, принадлежат к наиболее примитивным организмам - прокариотам, в клетках которых еще отсутствовало оформленное ядро.

Итак, в докембрийских морях появилась жизнь, а появившись, разделилась на две главные формы: на животных и растения. Первые простейшие организмы развились в многоклеточные организмы, относительно сложные живые системы, ставшие родоначальниками растений и животных, которые в последующие геологические эпохи расселились по всей планете. Жизнь множила свои проявления на морском мелководье, проникая и в пресноводные бассейны; многие формы уже готовились к новому революционному этапу эволюции - к выходу на сушу.