7.2. Происхождение жизни и эволюция биосферы

Прежде чем рассмотреть живое вещество планеты и его характеристику в биосферном масштабе кратко остановимся на важнейшей и не менее интересной проблеме современного естествознания о возникновении жизни в биосфере. В свете современных представлений можно предполагать, что жизнь возникла при переходе химической эволюции вещества к эволюции биологической. Однако время и место этого перехода представляет собой загадку, к решению которой только подходят в последние годы. Как отметил выдающийся палеонтолог Б.С. Соколов, даже на «сумасшедший вопрос», что древнее — Земля или жизнь на ней нельзя дать определенного ответа. Возможно они ровесники, и поэтому предпочтительнее говорить о появлении жизни на Земле, а не о ее происхождении.

В 1861г знаменитый английский физик Томсон вычислил время остывания Земли и оценил ее возраст в 24 млн. лет. На этом основании он выступил против эволюционной теории Дарвина, отметив, что за столь короткий срок не мог свершиться длительный процесс биологической эволюции путем естественного отбора и других факторов. Чарльз Дарвин настолько был огорчен этим выступлением, что назвал известного физика «омерзительным явлением». Значительно позже в связи с открытием радиоактивности и использованием этого метода для измерения геологического времени оказалось, что расчеты Томпсона были ошибочны. Возраст Земли по современным оценкам равен приблизительно 4,55 млрд. лет, а возраст древнейших, сохранившихся остатков земной коры приближается к 4 млрд. лет.

Наши знания о ранее живших организмах представляются довольно жалкими. Миллиарды предков современного растительного и животного мира безвозвратно исчезли в геологическом прошлом, не оставив после себя остатков в виде тех или иных форм ископаемых. По оценкам некоторых палеонтологов, в геологической летописи сохранилось всего лишь около 0,01% от числа видов, населявших поверхность Земли в течение ее истории. Это, естественно связано с плохой сохранностью тела организмов после их гибели. Самые древние ископаемые останки живых существ имеют возраст 3,5 млрд. лет. Они найдены в осадочных породах северо-западной Австралии и представляют собой микроскопические одноклеточные организмы, в форме соприкасающихся друг с другом клеток, похожие на бактерий и очень напоминающих современную группу, известную под названием цианобактерии (сине-зеленые водоросли) (рис. 7.2.1). Эти ископаемые обнаруживают значительное морфологическое разнообразие, что позволяет предположить их образование задолго до отложения этой древнейшей осадочной породы.

Сочетание недавно полученных микропалеонтологических, биогеохимических и изотопных данных упорно свидетельствует о том, что жизнь на Земле существовала столько времени, сколько существовала и сама наша планета. В свете новых данных неизбежно следует вывод о раннем зарождении жизни в пределах Солнечной системы. Возникает новая космохимическая проблема — выяснение способов возникновения ближайших предшественников жизни в процессах формирования самой Солнечной системы. Это сложная проблема, которая только недавно поставлена.

По всем данным космохимии, наиболее обильный газ первичной атмосферы Земли был представлен углекислым газом. Однако этот газ не способен самопроизвольно превращаться в органические соединения. Скудность водорода или же его быстрая потеря в условиях ранней Земли также снижала возможность образования органических веществ в атмосфере, как это предполагалось в некоторых популярных гипотезах о происхождении жизни. Отмеченные обстоятельства говорят в пользу вывода о том, что образование основной массы сложных органических веществ как родоначальников жизни совершалось за пределами Земли в период, предшествующий ее образованию.

По- видимому, существовали две возможности развития событий. Либо химическая эволюция, начавшись в космических условиях, продолжалась в условиях Земли и в относительно короткие сроки привела к образованию первых живых организмов. Либо образование первых сложных молекул ДНК, лежащих в основе наследственности, произошло в космических условиях, а полная реализация возможностей ДНК наступила в первых водоемах нашей планеты, содержащих растворенные органические вещества. Возможно, первый живой организм состоял из одной клетки. Возможно, это была очень простая бактерия или что то напоминавшее бактерию (см. рис. 7.2.1). Источником питания для этих организмов могли служить молекулы углеводородов, составляющие ил на дне мелкого моря. От этого способа питания оставался один шаг до усвоения или «поедания» сначала продуктов жизнедеятельности, а затем и мертвых тел таких же организмов. Следующим шагом логично должно было явиться поедание живого органического вещества. Первые живые организмы, начали стремительно развиваться, но их сдерживала ограниченность минеральных ресурсов. Они вынуждены были овладеть новыми источниками вещества и энергии, и приобрели новые качества, разделившись на растения и животные. Это был переломный этап в эволюции биосферы – переход от гетеротрофного режима питания к автотрофному, основанному на процессе фотосинтеза. С появлением фотосинтезирующих организмов началось образование свободного кислорода, что со временем стало предпосылкой для создания в атмосфере озонового экрана, а также появления дыхания - процесса обратного фотосинтезу. В результате дыхания выделяется углекислый газ, крайне необходимый для роста и развития растений, высвобождается большое количество энергии, которое используется для интенсивных жизненных процессов. Именно дыхание обусловило существование животных, активно перемещающихся в пространстве. В свою очередь, движение потребовало координации частей тела, точного контроля и способности принимать адекватные решения. Для этого нужен был мозг, еще одно имеющее большую ценность отличие животных от растений.

Нам сейчас трудно восстановить облик первых биосфер, хотя можно предположить, что древняя биосфера ограничивалась только гидросферой. Очевидно, что, интенсивно размножаясь, живые организмы в древней биосфере начали осваивать наземно-воздушную среду, принимать участие в формировании, а затем и заселении почвы. Живое вещество, вовлекло в грандиозный круговорот все элементы ее поверхности. Так начался процесс создания биосферы, продолжающийся до настоящего времени. В процессе жизнедеятельности организмов в корне преобразовалась неживая часть биосферы. В атмосфере появился свободный кислород, а в ее верхних слоях — озоновый экран; углекислота, извлеченная организмами из воды и воздуха, законсервировалась в отложениях угля; полезные ископаемые надолго выключились из круговорота веществ. Вместе с этим происходило выветривание горных пород, в котором живые организмы также принимали активное участие.

В геологических масштабах времени в истории Земли происходили очень значительные преобразования. Облик планеты постоянно менялся. На смену жаркому климату приходил холодный. В результате подъемов и опускания суши большим изменениям подвергались очертания и размеры континентов и океанов. Несмотря на такие грандиозные явления, жизнь на Земле продолжала развиваться. Возникали новые формы организмов, а неспособные продолжать «эстафету жизни» вымирали. И, наконец, появление человека разумного и его деятельность явилась качественно новым этапом в функционировании биосферы.

Таким образом, основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни целесообразно рассматривать с точки зрения закономерности и последовательности формирования основных сред жизни. С этих позиций четко выделяются ключевые этапы эволюции биосферы:

1) возникновение и развитие живых организмов в водной среде

2) разделение живых организмов на растений и животных, а также появление у гидробионтов (водных организмов) биотических отношений (паразитизма, мутуализма, конкуренции и др.), т.е. формирование новой среды жизни – самих живых организмов

3) освоение живыми организмами суши и формирование наземно-воздушной среды и почвы

4) появление человека и превращение его из вида биологического в биосоциальный. Возникновение человеческого общества.

5) возможный переход биосферы в новое состояние под воздействием человеческого общества.