Выше мы уже говорили, что жизнь на Земле возникла еще тогда, когда ее возраст исчислялся всего лишь сотнями миллионов лет. Носителями жизни в ту отдаленную эпоху были одноклеточные, лишенные клеточных ядер организмы — бактерии и сине-зеленые водоросли. Первые клетки с ядрами появились около 3,5 миллиардов лет тому назад (ср. «Космический календарь» — см. с. 278, табл. 12). Потребовалась половина времени эволюции Земли, чтобы это произошло — хорошая иллюстрация медленности процесса эволюции жизни на Земле. Примерно к этому же времени относится и появление многоклеточных организмов, по-видимому, возникших из колоний одноклеточных с прогрессивно дифференцирующимися функциями клеток. С этого времени дальнейшая эволюция характеризовалась огромным многообразием форм. Существующая периодизация развития жизни на Земле дана в табл. 7, где указаны также эпохи начала соответствующих периодов. Таблица 7 Эра Период Возраст (начало периода) 106 лет Кайнозойская Четвертичный l Третичный 65 Мезозойская Меловой 140 Юрский 190 Триасовый 225 Палеозойская Пермский 250 Каменноугольный 280 Девонский 350 Силурийский 400 Кембрийский 550 Протерозойская Верхний протерозой 1600 Нижний протерозой 2600 Архейская 4000
В протерозойскую эпоху жизнь на Земле начала становиться космическим фактором. К этому времени относится начало формирования биосферы Земли, полностью преобразившей наружные слои поверхности нашей планеты и ее атмосферу. Жизнедеятельность организмов привела к накоплению в атмосфере Земли свободного кислорода (фотосинтез!) и извлечению из нее углекислоты. До этого организмы развивались в лишенной кислорода среде. Фотосинтез начался около 3,5 миллиарда лет назад. Первоначально жизнь на Земле развивалась только в ее гидросфере. Выход жизни на сушу — важнейший этап в ее развитии. Это произошло в Кембрийском периоде около 500 миллионов лет назад, когда возраст Земли был только на 10% меньше нынешнего! До чего же медленно шла эволюция жизни на Земле! Могучей движущей силой этой эволюции был дарвиновский естественный отбор, сочетающийся со способностью организмов к мутациям. В свою очередь отбор определялся ограниченностью ресурсов сформировавшейся и развивавшейся биосферы, противодействующей чудовищной потенциальной способности жизни к неограниченной экспансии. Жесткий естественный отбор невероятно развивал способность видов к адаптации в условиях изменяющейся окружающей среды. Например, обусловленное жизнедеятельностью организмов изменение состава атмосферы в сторону насыщения ее кислородом оказалось гибельным для большинства анаэробных форм. Ведь свободный кислород с его огромной химической активностью — смертельный яд для таких организмов. И только немногие формы смогли не только приспособиться к изменившимся атмосферным условиям, но и использовать их для своего дальнейшего развития. Так жизнь стала «аэробной». Бурное развитие жизни началось в палеозойскую эру. Мы уже упоминали, что в Кембрийский период началась колонизация суши. По-видимому, это происходило в мелководных лагунах, где на окаймляющей их прибрежной кромке появились пленки водорослей. В этот период море кишело уже довольно высокоорганизованными животными — трилобитами, которых насчитывалось свыше тысячи видов. Это были предки нынешних членистоногих. У трилобитов уже развился орган зрения. Отдельные особи достигали размеров порядка метра. Наряду с трилобитами (ныне полностью вымершими) кембрийские моря кишели иглокожими, моллюсками и плеченогими. Появились первые раковины. В силурийском периоде растения покоряют сушу. Этот процесс получил особенное развитие в Девоне. Растительный мир обогатился папоротниками, хвощами. В морях появились первые рыбы. Первые животные вышли на сушу. В следующем каменноугольном периоде произошел небывалый расцвет растительного царства, чему, возможно, способствовала увеличившаяся вулканическая активность Земли, сопровождающаяся значительным выделением углекислоты. Это было царство амфибий, уже освоивших размножение на суше. В это же время появились первые пресмыкающиеся. Воздух наполнился летающими насекомыми. После пермского периода, сопровождавшегося значительными климатическими изменениями и обусловленными ими значительными изменениями растительного и животного мира, наступила мезозойская эра. Это было царство рептилий, достигших небывалого разнообразия форм. Но уже в начале мезозоя появились первые млекопитающие. Катастрофически быстрое повсеместное вымирание динозавров уже давно привлекает к себе всеобщее внимание. Было выдвинуто много гипотез, объясняющих причину этой настоящей катастрофы, постигшей жизнь на Земле (см. с. 75, гл.5 и конец этой главы). Наступившая новая кайнозойская эра ознаменовалась очередной перестройкой биосферы. Строение земной поверхности приблизилось к современному. Наступило царство млекопитающих. И вот пришла эра человека. Это случилось, по-видимому, около 15 миллионов лет назад, когда появился наш самый отдаленный предок — полуобезьяна-получеловек рамапитек, ископаемые остатки которого обнаружены в Индии. Время появления человека 2,7 млн. лет назад получается на основании расчетов скорости изменений в генной структуре человека. Поражает чудовищное богатство процесса видообразования в течение эволюции жизни на Земле. Создается впечатление о какой-то фантастической расточительности и даже «избыточности» формообразования в живой природе. В самом деле, оценки палеонтологов приводят к значению ~ 500 миллионов видов, существовавших за все время эволюции жизни на Земле! Заметим, что в настоящее время насчитывается около 2 миллионов видов (из которых ~ 75% — насекомые). Любопытно, что число видов современных млекопитающих достигает 3500, из которых 2500 видов грызунов. Как уже неоднократно подчеркивалось, развитие жизни на Земле привело к коренной перестройке поверхностных слоев земли и ее атмосферы. В этой связи любопытно привести данные о суммарной массе живого вещества на Земле. Соответствующие данные, полученные по оценке советских авторов, приведены в табл. 8 (с. 156). Из этой таблицы видно, что основная масса живого вещества сосредоточена в зеленых растениях. Обращает на себя внимание относительная бедность мирового океана живым веществом. Любопытно еще отметить, что суммарная масса всего живущего человечества около 100 миллионов тонн — величина не такая уже малая! Таблица 8 Континенты Океан растения животные + микроорганизмы итого растения животные + микроорганизмы итого Миллиарды тонн 2400 20 2420 0,2 3 3,2 Проценты 99,2 0,8 100 6,3 93,7 100 В нашу задачу, конечно, не может входить сколько-нибудь подробное описание эволюции жизни на Земле и связанная с этим эволюция биосферы. Это отдельная и большая тема. (См., например, очень содержательную и интересную книгу Камшилов М. М. Эволюция биосферы. — М.: Наука, 1979.) Но мы должны обратить внимание на то, что эта эволюция представляет собой неразрывную последовательность процессов, причем каждый элемент этой последовательности реализовывался путем огромного количества случайных событий. В процессе этой эволюции природа как бы «пробовала» очень много вариантов, из которых большинство приводило к тупикам. Но подобно тому, как ручеек воды причудливо прокладывает свое русло через пересеченную местность, общее направление эволюции от примитивных сине-зеленых водорослей к человеку прослеживается вполне уверенно. В этом общем направлении ни одно из звеньев эволюционного процесса не может быть выброшено. Рассмотрим в виде примера пресмыкающихся, которые стали бурно размножаться на суше в середине каменноугольного периода. Это им принадлежит великое «изобретение» — откладывание заключенных в плотную скорлупу яиц, из которых вылуплялось потомство. Один знаток рептилий в этой связи очень точно заметил: «... уже в первом яйце, отложенном первой рептилией на суше, заключалось и пение птиц, и человеческая мысль». (См. Карр А. Рептилии. — М.: Мир, 1975.) И мы имеем все основания сказать, что отдаленными предками человека являются рептилии. Ну, а что было бы, если бы не случилось великое вымирание динозавров в конце мелового периода, вымирание, обусловленное какой-то случайной, скорее всего, — космической причиной? Совершенно очевидно, что эволюция жизни на Земле пошла бы как-то иначе. Во всяком случае млекопитающие не получили бы такого фантастического развития, как это случилось после освобождения ниш биосферы, до этого занятых рептилиями. И очень могло быть, что их эволюция зашла бы в тупик. Мы неоднократно подчеркивали, что движущей силой эволюции жизни на Земле является дарвиновский естественный отбор в комбинации с непрерывно происходящими мутациями. Но является ли это единственным фактором эволюции? До сих пор этот вопрос служит предметом оживленных и даже ожесточенных дискуссий в эволюционной биологии. Среди накопившегося огромного количества фактов о развитии жизни на Земле есть и такие, которые явно противоречат концепции естественного отбора, во всяком случае, в его упрощенной форме, к сожалению, весьма распространенной у биологов. Известны, например, опыты, когда группе крыс предоставляли неограниченные возможности питания. Сперва они быстро размножались, но потом без всякой видимой причины размножение прекратилось и крысы стали вырождаться. Похоже на то, что им как-то вдруг стало «скучно жить». А всем известные эпидемии массовых самоубийств мелких грызунов леммингов — как их уложить в простую схему естественного отбора? Не все благополучно и во взаимоотношениях эмбриологии с эволюционной теорией. Почему, например, у некоторых зародышей на какой-то стадии их развития появляются признаки, соответствующие эволюционно более поздним стадиям развития? Этот список недоразумений можно было бы приумножить. Создается впечатление, что наряду с естественным отбором в эволюции жизни на Земле действуют еще какие-то факторы, роль которых пока еще окончательно не выяснена. Или, во всяком случае, естественный отбор есть процесс неизмеримо более сложный, чем это обычно полагают. Все это еще более усложняет и без того невероятно сложный процесс эволюции жизни и делает его еще более неповторимым, и, если можно так выразиться, «капризным». Если даже где-то на какой-нибудь подходящей планете и возникла когда-то жизнь, ее развитие, обусловленное чудовищно длинной цепью других случайных обстоятельств, практически никогда не повторит развитие жизни на Земле. Не может быть и речи о «тиражировании» эволюции жизни во Вселенной. (Очень удачный термин «тиражирование» предложен Я. И. Фурманом.) Вероятность такого «тиражирования» неизмеримо меньше, чем выигрыш автомобиля в спортлото. Ситуацию совершенно не меняет то обстоятельство, что очагов жизни во Вселенной может быть очень много. Например, в Галактике число таких очагов может быть ~ 108, если сделать «сверх-оптимистическое» предположение, что почти на каждой планете обязательно возникает жизнь. Дело в том, что вероятность реализации той же самой последовательности случайных событий, которая на Земле привела к появлению человека, невообразимо меньше, чем 10-8. Единственное, что мы можем сказать, — это то, что однажды возникшая жизнь будет эволюционировать в сторону усложнения и повышения ее адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Однако никаких более конкретных соображений о характере, этапах и конечных результатах такой эволюции сказать нельзя. Остановимся, наконец, на некоторых моментах, связанных с заключительным этапом эволюции жизни на Земле, который привел к появлению человека — носителя разумной жизни. Несомненно, что возникновение разумной жизни ознаменовало собой новый важный этап в развитии материи во Вселенной (неживая материя — жизнь — разумная жизнь). Современная палеонтология прослеживает отдаленных предков человека до полуобезьян рамапитека и кениатека (15 миллионов лет). Заметим, что по мере развития палеонтологии эпоха существования предков человека все более отодвигается назад. Давно ли было время, когда древнейшим предком человека считали питекантропа, возраст которого всего лишь порядка сотни тысяч лет? Как же произошло выделение человека как ветви от ствола приматов? Когда и при каких обстоятельствах? Конечно, огромную и даже решающую роль в этом процессе сыграл труд. Но все же — почему был выделен один (а может быть, и не один) вид приматов? По какому признаку и по каким причинам? На этой самой ранней заре развития труд, рассматриваемый как сознательная коллективная деятельность, еще не мог играть своей решающей роли. Имеется множество гипотез, пытающихся объяснить, чем же отличались эти первые обезьяны, через миллионы лет превратившиеся в людей, от своих четвероруких сородичей. Автор этой книги, например, несколько лет назад с удивлением узнал, что причиной могли быть... паразиты, одолевавшие некий вид обезьян. Последние вынуждены были много чесаться, что сперва освободило, а потом и развило их передние конечности. И пусть читатель не подумает, что это какая-то шутка или мистификация — речь идет об оригинальной гипотезе, во всяком случае не худшей, чем другие. Очень может быть, что в становлении человека не малую, а может быть, и решающую роль сыграл его величество случай. Думать, что возникновение мыслящих существ есть фатально неизбежный заключительный этап эволюции жизни на Земле — значит, стоять на чисто идеалистических позициях. Ибо это означало бы веру, что вся Вселенная имела конечной целью своего развития появление мыслящих существ. Но Вселенная существует объективно, вне сознания и воли человека. Вспомним пушкинское: «... и равнодушная природа...». Александр Сергеевич хорошо понимал то, что не могут или не желают понять некоторые не в меру оптимистически настроенные адепты повсеместной распространенности разумной жизни во Вселенной. Вывод из приведенных выше рассуждений прост, хотя, может быть, и печален: совершенно необязательно, чтобы однажды возникшая на какой-нибудь планете жизнь на некотором этапе своей эволюции стала разумной. На Земле это случилось по каким-то пока неясным, скорее всего, случайным (как и все в конкретном процессе эволюции жизни) причинам после четырех миллиардов лет развития. И мы не можем сделать оценку вероятности того, что однажды возникшая на какой-то планете жизнь когда-нибудь станет разумной. Очень может быть, что эта вероятность исчезающе мала. Не следует забывать, что разум человека обладает огромной избыточностью. Это означает, что для сохранения вида и для обеспечения своего существования в конкретной борьбе с другими животными более чем достаточно разума неандертальца, не говоря уже о кроманьонце. И невольно вспоминается чудовищно гипертрофированные защитные средства хищных гигантских рептилий мезозоя. Эти средства были неправдоподобно избыточны. Природа эволюционного процесса приводит иногда к большой расточительности. И все же может статься, что мозг человека, рога трицератопса и резцы саблезубого тигра имеют одинаковую эволюционную природу... Так или иначе, но развив свой мозг, человек скачком вышел из равновесия с окружающей средой-биосферой, которая сформировалась за несколько миллиардов лет и частью которой он являлся. Этому процессу особенно способствовало наступление технологической эры, происшедшее всего каких-то 350 лет назад. За этот ничтожный срок развитие человечества приняло подлинно взрывной характер. Об этом речь будет идти в следующей части нашей книги. Сейчас мы только подчеркнем, что в итоге этого взрывного процесса человек стал реальной угрозой самому существованию биосферы. Его неконтролируемая деятельность уже привела к ряду необратимых последствий в экологии. Например, практически исчезли крупные хищники, радикально изменились условия взаимосвязи между различными экологическими нишами, наконец, человечество стоит перед реальной угрозой ядерного самоуничтожения. Под угрозу поставлены атмосфера и гидросфера Земли. И только вера в то, что человек есть действительно разумное существо, позволяет нам надеяться, что при лучшей организации общества человечество придет в уже новое состояние равновесия с окружающей средой. Мы невольно отвлеклись от нашей темы, но, как говорится, «у кого что болит». Заметим только в заключение, что возникновение современной технологической эры вряд ли было фатально неизбежным. Ведь существовали же тысячелетия высококультурные народы (например, майя) без современной технологии. Все дело, по-видимому, в идеологии и философии, которые исповедует данное общество. Но это уже другой вопрос. # Вернемся еще раз к проблеме катастрофического вымирания видов. Оказалось, что эпоха гибели динозавров была не единственной катастрофой такого типа. Работы по статистическому анализу палеонтологических данных, относящихся к морским животным, показали, что в течение последних 250 млн. лет подобные события повторялись многократно и, что самое любопытное, периодически, с интервалом около 26 млн. лет. Последнее такое событие произошло около 13,5 млн. лет назад. Эпоха вымирания динозавров (65 млн. лет назад) четко совпадает с одним из пиков, причем с наиболее мощным. Геологические отложения, относящиеся к этой эпохе, замечательны тем, что они сильно обогащены иридием. Его содержание в тысячу раз больше нормы. При этом обогащенный слой очень тонкий — всего около 1 см. Было выдвинуто предположение, что иридий попал на Землю в результате падения астероида диаметром в несколько километров. Мощность взрыва, имевшего место при падении, оценивается в 107 мегатонн. Он должен был сопровождаться сильным запылением атмосферы, понижением средней температуры на несколько десятков кельвинов, ураганными ветрами, всем, что предсказывается в хорошо известных прогнозах последствий глобальной ядерной войны. Однако столкновение с астероидом — дело случайное, откуда же периодичность? Остроумная гипотеза была выдвинута американскими учеными Мюллером, Дэвисом и Хатом. Они предположили, что Солнце является двойной звездой. Его компаньон — холодная невидимая звезда с массой примерно в десять раз меньше солнечной, движется по эллиптической орбите, причем наибольшее удаление от Солнца составляет 150 000 а. е., а наименьшее — около 30 000 а. е. Период обращения этой гипотетической звезды-спутника, получившей звучное имя «Немезида» (древнегреческая богиня возмездия), составляет 26 млн. лет. В эпоху максимального сближения с Солнцем Немезида вторгается в облако Оорта — самую внешнюю часть Солнечной системы, в которой медленно (со скоростями всего лишь около 1 см/с) ползут по круговым орбитам миллионы комет. В спокойное время, когда Немезида находится далеко, лишь редкие случайные возмущения вырывают из облака Оорта отдельные кометы, посылают их в сторону Солнца, и они становятся наблюдаемыми. Однако, когда возвращается Немезида, облако Оорта приходит в состояние, можно сказать, дикого бешенства. Кометы его покидают в огромном числе, и тысячи их устремляются к Солнцу. Некоторое количество кометных ядер (а это тело размером в несколько километров, отличающееся от астероидов главным образом присутствием большого количества льда) падает на Землю в эти эпохи и вызывает катастрофические изменения климата, вымирание обширных групп живых организмов. Серьезным аргументом в пользу гипотезы о Немезиде могла бы быть статистика времен образования астроблем — геологических форм, представляющих собой остатки древних кратеров, возникших при падении крупных космических тел, таких как астероиды или кометные ядра. Однако количество известных образований такого рода мало — менее 100, и хотя период получается близкий (около 28 млн. лет), нет убедительного совпадения по фазе. Мощный иридиевый слой найден только один, хотя имеются указания и на существование других. Ясно, что периодичность в вымирании видов исключает гипотезу о вспышках сверхновых как о главной причине явления, хотя они тем не менее могли играть роль в биологической эволюции. Гипотеза о Немезиде является не единственно возможным объяснением периодического характера вымирания. Рампино и Слотерс (США) обратили внимание на то, что Солнце совершает осцилляции относительно плоскости Галактики с периодом около 30 млн. лет. При прохождении через галактическую плоскость возможна в принципе встреча с мощными облаками межзвездной пыли, достаточно плотными, чтобы заметно уменьшить солнечную энергию, достигающую земной поверхности. Очевидно, что самым лучшим аргументом в пользу гипотезы о Немезиде было бы прямое наблюдение. Надо искать холодную звезду с малой светимостью и необычно большим собственным движением. Дело это грудное, но не безнадежное, и в случае успеха оно приведет к одному из величайших открытий за всю историю науки, сравнимому разве что с созданием системы Коперника.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «От сине-зеленых водорослей до человека» з дисципліни «Всесвіт, життя, розум»
