12 октября 2009 года.
На этой странице представлены предполагаемые обитатели докембрийской эпохи. У животных и растений были общие предки, по этому, для этого периода, диаграммы их жизни представлены в одной общей.
Какие же преимущества даёт многотканевая многоклеточность, перед существовашими до этого формами жизни? Дело в том, что одноклеточные организмы закреплены в толще воды и перемещаются вместе с ней. По этому они очень быстро съедают вокруг себя все питательные вещества и наполняют окружение продуктами своей жизнедеятельности. Выходом из этого положения является перемещение в новые области водного пространства, для этого организм должен или сам начать активно двигаться, или прикрепиться к неподвижному объекту, чтобы вода начинала двигаться относительно него. Второй вариант прокариотные бактерии реализовали очень быстро, образовав маты. А вот с первым у них возникли проблемы.
Ни жгутиков, ни ресничек для движения они не смогли выработать, как эукариотные, и не смогли образовать многоклеточных органов для активного перемещения. Видимо этого не произошло из-за очень слабого взаимодействия клеток в колониях прокариот. По этому эта ниша досталась ядерным организмам, выработавших сначала одноклеточные приспособления для перемещения, а затем и многоклеточные. Дополнительно многоклеточность дала организмам способность запасать больше питательных веществ и, следовательно, меньше зависеть от колебаний условий окружающей среды. Сначала эти организмы были небольшими многоклеточными созданиями, но постепенно, как только уровень кислорода в атмосфере начал увеличиваться, они вырастали до крупных размеров - 1,5 - 2 м.
В истории Земли было несколько попыток создания крупных мнгоклеточных многотканевых - первая, из известных нам, произошла 840 - 740 млн лет назад, она называется Хайнаньской биотой, её представляли прозрачные, как медузы, длинные червеобразные сегментированные организмы, но они не были предками ни червей, ни медуз. Вторая произошла 620 - 600 млн лет назад и носит имя Эдиакарская фауна. В то время в океанах плавали медузойды - животные похожие на медуз, животные похожие на современные кораллы и животные похожие на современных червей и членистоногих. Правда никто из них, скорее всего, не является предком ни современных животных, ни мира животных и растений кембрийской эпохи. Относительно судьбы всех этих организмов, учёные считают, что или они исчезли совсем, или лишь немногие из них превратились в живых созданий последующих эпох.
Попытки создания таких крупных многоклеточных многотканевых организмов, скорее всего, были связаны с колебаниями уровня кислорода в атмосфере. Т.к. для поддержания жизнедеятельности столь крупных организмов нужен уровень кислорода хотя бы 6 - 10% от современного. Повышение уровня кислорода в атмосфере было связано с начавшимся в это время выпадением в осадочные породы сложных органических молекул. Дело в том, что на Земле постоянно идёт химическая реакция в оба направления - превращения воды и углекислого газа в сложные органические вещества и кислород - растениями, и обратная реакция, проводимая животными. Т.к. эта реакция уравновешенная - сколько продуктов производится в одном направлении, столько же и в другом, то, чтобы повысить содержание одного из её компонентов, нужно необратимо вывести из неё компонент, с которым он реагирует. В данном случае для увеличения количества кислорода в атмосфере, нужно было законсервировать в осадочных породах большое количество сложных органических веществ, и именно этот процесс и происходил примерно во времена Хайнаньской биоты и Эдиакарской фауны. Это подтверждается составом осадочных пород тех времён.
В связи с этим можно сказать, что человечество сейчас активно извлекает из недр, законсервированные в них, сложные органические вещества - нефть, газ и уголь - тем самым возвращает в эту реакцию извлечённый из неё компонент. В результате этого реакция уравновешивается снижением уровня кислорода и повышением уровней углекислого газа и воды. При этом человечество активно уничтожает тех живых созданий, которые переводят углекислый газ назад в сложные органические вещества, - леса и планктон, т.е. этим самым смещает равновесие реакции в сторону углекислого газа и воды. И при этом ещё и осушает те места, где органика выпадает в осадок и консервируется - болота. Так ни это ли причина повышения уровня углекислого газа, возникновения парникового эффекта и озоновых дыр, частично как следствия снижения уровня кислорода в атмосфере? А также повышения уровня воды, которое частично объясняется её образованием, при сгорании и разложении органики? Выходит, что мы из недр достаём законсервированную органику и переводим её в углекислый газ. По этому, чтобы уравновесить реакцию, нужно насаждать пропорциональное количество лесов и выращивать пропорциональное количество планктона, которые бы переводили этот углекислый газ назад в сложные органические вещества. Только нужно очень хорошо подумать к каким ещё последствиям это может привести.
Большинство исследователей считают, что эукариоты - бактерии с ядрами внутри клеток - появились в результате того, что крупная прокариотная - безъядерная - анаэробная клетка захватила несколько своих меньших собратьев аэробов, но не переварила их, а стала использовать как перерабатывающие станции для выработки энергии из глюкозы, т.к. её окисление даёт гораздо больше энергии, чем бескислородное брожение. При этом этот союз оказался полезным для всех видов клеток, участвоваших в нём, т.к. аэробы получли гораздо лучший источник органики - крупную пищу, добываемую хозяином, и у них отпала необходимость самим заниматься её поиском.
Косвенно эта теория появления ядерных клеток подтверждается тем, что некоторые органеллы клетки могут быть пересажены в другую клетку и оказываются способными там жить. При этом у них есть свои молекулы ДНК, но не линейные, как в ядре клетки, а кольцеобразные, как у бактерий. К тому же при делении клетки, митохондрии и хлоропласты не создаются, а размножаются, как настоящие бактерии. И в дополнение к этому можно сказать, что аналогичные процессы идут и в современном мире - например, инфузория-туфелька может содержать внутри себя в качестве "домашнего животного" зеленую водоросль хлореллу, она её не трогает, но съедает любого "дикого" представителя этого же вида. При этом хлорелла образует только фиксированное число клеток внутри инфузории и через несколько поколений теряет способность к самостоятельному существованию.
Безъядерные организмы по какой-то причине не могли создать полноценные многоклеточные организмы с чётко выделенными тканями и высоким уровнем взаимодействия клеток. Возможно, из-за отсутствия ядра, они не могли выровнять клетки в пространстве. Но зато они нашли очень интересные выходы из этой ситуации - они смогли создать маты - колонии бактерий, в поверхностном слое которых располагаются существа синтезирующие органические вещества с помощью солнечного света и "травоядные" бактерии. В нижнем же слое располагались бактерии, которые перерабатывали органику, производившуюся в верхних слоях.
При этом часть матов располагалась на дне неглубоких водоёмов и была плоской, часть плавала у поверхности воды и была круглой. Также в это время существоали и чисто планктонные колонии, плававшие в толще воды. Стоит сказать, что подобные прокариотные маты существуют и сейчас - они обитают на мелководьях пересоленных водоёмов, где не могут обитать эукариоты.
Когда же на Земле появились первые живые органимзы, которые судя по всему были одноклеточными и безъядерными? В.И.Вернадский, изучая осадочные породы нашей планеты, пришёл к выводу, что в её истории не существует сколь угодно древнего периода, в котором бы все осадки формировались только абиогенным путём - без участия жизни. Другими словами можно сказать, что она существовала на ней всегда, с самого появления Земли. В текущие десятилетия эта гипотеза получила весьма весомое подтверждение, были найдены породы с высоким содержанием органического углерода - когда-либо участвовавшего в реакциях фотосинтеза - возрастом около 3,8 млрд лет. Эта цифра сама по себе не маленькая - возраст Земли по современным оценкам составляет около 4,57 млрд лет - но тут следует учесть один факт - эти породы являются ещё и первыми осадочными породами на нашей планете, найденными людьми. При этом только в этом типе пород, плюс ещё очень редко в вулканическом пепле, можно найти следы жизни. Другими словами - жизнь обнаружена уже в самых ранних породах, в которых появляется принципиальная возможность её обнаружения. По этому она вполне могла существовать и раньше, просто в то время ещё не образовывалось осадочных пород или мы их просто ещё не нашли.
Ранее выдвигались гипотезы, что жизнь на Земле появилась сначала в виде гетеротрофов - организмов, получающих питательные вещества извне - из первичного океана нашей планеты. Но расчёты показывают, что это не так - бактерии размножаются в геометрической прогрессии, по этому очень быстро расплодившиеся одноклеточные съедят все питательные вещества в океанах Земли и им нечего будет больше есть. С тем же успехом чисто автотрофные бактерии - производящие питательные вещества внутри себя, например, растения, - свяжут весь свободный углерод в неразложимые молекулы и им будет нечего связывать. По этому, скорее всего, жизнь появилась на нашей планете сразу же в виде гетеротрофов и автотрофов.
Также ранее выдвигалась гипотеза, что сначала появились существа-хемоавтотрофы - автотрофы, получающие энергию не от Солнца, а из различных химических реакций. Но здесь не всё так просто - дело в том, что ультрафиолет вреден не только для живых организмов, но и вообще для любой высокомолекулярной системы, по этому защита от него должна была появиться ещё на стадии формирования жизни. По этому первоначально пигменты клеток, поглощающие энергию Солнца, служили скорее всего для защиты от ультрафиолетового излучения, и илшь затем организмы научились использовать её в "мирных целях" - в реакциях фотосинтеза. Это происходило в приповерхностных водах, на глубине же могли вполне свободно существовать хемоавтотрофы. По этому, скорее всего, хемоавтотрофность и фотоавтотрофность появились на Земле одновременно.
Раз фотосинтезирующие существа - производящие кислород и сложные органические вещества из углекислого газа и воды - появились столь давно, то почему на протяжении млрд лет Земля оставлась бескислородной? Ответом на этот вопрос может быть то, что океаны на первичной Земле были богаты неокисленным железом, запасы которого пополнялись из магмы планеты, по этому большая часть производимого бактериями кислорода, шла на окисление этого железа. Об этом говорит интенсивное образование полосчатых железных руд в то время. Затем 2 млрд лет назад, из-за гравитационного смещения железа в магме планеты к её ядру, запас железа в океанах перестал пополняться и начался резкий рост уровня кислорода в атмосфере. Это также подтверждается и прекращением образования полосчатых железных руд в это время.
Конечно для аэробных существ - существ использующих кислород для разложения молекул глюкозы - это был настоящий праздник, для анаэробов - существ, разлагающих глюкозу с помощью бескислородного брожения, - это была настоящая экологическая катастрофа. Итак, в самом начале существования жизни на нашей планете, она представлялась в виде бактерий - поедающих органику - и цианобактерий - её производящих. При этом все они были безъядерными, т.е. не содержали ядер в своих клетках. И в дальнейшем они пошли по двум путям развития - построения многоклеточных колоний и появления ядерных организмов. При этом часть из них осталась в таком виде, в каком и была, и спокойно живёт и в наши дни.
Есть несколько теорий объясняющих это явление. Одна из них - то, что жизнь на Земле появилась в результате образования сложных органических молекул из неорганических, существовавших тогда в атмосфере нашей планеты и в её океанах. Которые затем самоорганизовались в клеточную структуру. На этом поприще недавно были сделаны некоторые успехи, например было показано, что в растворах органические молекулы могут образовывать сгущения, которые в чём-то ведут себя похоже на живые клетки - они отделяются от внешней среды уплотнённой оболочкой, самопроизвольно растут, делятся и обмениваются веществом с окружающей средой. Также учёные из газа, состоящего из веществ первичной атмосферы Земли, смогли с помощью электрических разрядов, имитирующих грозы, синтезировать довольно сложные органические молекулы, в том числе и аминокислоты. А затем и создать из этих веществ полипептидные цепи - длинные цепочки молекул жиров, которые встречаются в метеоритном веществе.
На этом, по большому счёту, заканчиваются успехи этой теории и перед ней встают весьма сложные препятствия - дело в том, что все органические вещества могут состоять из двух видов химически абсолютно одинаковых молекул, но по разному преломляющих свет, проходящий через них. И всё бы ничего - только вот все белки на нашей планете построены из левопреломляющих молекул, а рибонуклеиновые кислоты - РНК и ДНК - состоят только из правопреломляющих молекул. При этом все органические вещества, получаемые из неорганических, состоят из примерно одинакового количества левопреломляющих и правопреломляющих молекул. И тут перед этим подходом к появлению жизни на Земле встаёт очень интересная задача - как химическими способами разделить два вещества, химически идентичных по определению? Они конечно могут случайным образом самоорганизоваться в вещества, состоящие только из левопреломляющих или правопреломляющих молекул, но вероятность этого такова, что это событие может произойти только один раз и за время намного большее, чем существует наша Вселенная. По этому сторонникам этой теории лишь только приходится признать вмешательство Бога в эти процессы.
Но есть и другие теории - жизнь существует всегда и везде и это одно из свойств материи. Согласно ей протопланетное облако, в котором формировалась Земля, уже было наполнено зародышами жизни, которые затем пустили корни на нашей планете. Так учёными было доказано, что теоретически бактерии могут путешествовать от планеты к планете в космическом пространстве. Правда эту теорию обвиняют в том, что она не даёт прямого ответа на вопрос о происхождении жизни и лишь отодвигает его решение на неопределённый срок. К тому же человечество уже успело обследовать множество уголков Солнечной Системы и ни где не смогло найти ни следов жизни и ни её саму, кроме Земли, конечно это ещё не означает, что её там нет, но всё таки наводит на мысль, что жизнь не такая уж и вездесущая. При этом всё органическое вещество в метеоритах оказалось смесью левопреломляющих и правопреломляющих молекул - это ставит под сомнение возможность занесения органических молекул - предвестников жизни, на Землю с помощью метеоритов. По этому по крайней мере один из постулатов этой теории оказывается под сомнением - то, что жизнь является повсеместной. Она, может быть и существует всегда, но похоже очагово, а не везде и всюду.
Казалось бы наука зашла в тупик или, по крайней мере, в весьма затруднительное положение, но это не так. Совсем недавно появившаяся наука кибернетика даёт подсказку о том, как могла произойти жизнь на Земле. Ведь всё, что нужно первой теории, чтобы сделать шаг от органических молекул к живой клетке - это научиться как-то отбирать левопреломляющие и правопреломляющие молекулы. Так вот в кибернетике есть такая теория автоматов, собирающих самих себя, она гласит, что до определённого уровня сложности автоматы могут собирать только более простые автоматы, по этому их семейство будет постепенно всё упрощаться и упрощаться. Выше же этого уровня автоматы могут поддерживать уровень своей сложности и даже увеличивать его. В смеси же химии и термодинамики есть один процесс, сложность которого как раз и превышает этот критический уровень, - циклические каталитические реакции, в которых продукты одной реакции являются частью исходных веществ других реакций и их катализаторами. При этом цепь реакций замкнута сама на себя. Эти циклы могут брать нужные им вещества из окружающей среды и очень жёстко конкурируют за них с другими процессами, иногда даже сильнее, чем живые организмы. По этому постепенно увеличивая свою сложность, в условиях конкуренции за ресурсы, эти реакции вполне могли отобрать для себя молекулы с определённой преломляющей структурой и превратиться в устойчивые образования - живые клетки.
Есть и другая теория образования жизни - геологическая. Дело в том, что космос очень холоден - всего на 5 градусов выше температуры абсолютного ноля (- 273,15 градусов по Цельсию), т.к. в нём очень мало вещества и по просту не чему нагреваться. Планеты же очень плотные, по сравнению с ним, и хорошо прогреваются лучами звёзд. По этому между планетой и космосом возникает разность температур, которая порождает передачу тепла от планеты к космосу и различные связанные с этим процессы. Так вот - эти процессы испытывают периодическую нехватку энергии на ночной стороне планеты и её достаток на дневной. По этому наиболее устойчивыми будут те процессы, которые научатся каким-нибудь образом запасать энергию днём и отдавать её ночью. Жизнь же, с этой точки зрения, является прекрасным инструментом уравновешивания внешних условий, например растения могут запасать энергию в дневное время, с помощью фотосинтеза, и отдавать её в ночное - в виде энергии, высвобождающейся в ходе различных химических реакций внутри них. По этому один или несколько геологических процессов для своего выживания, в результате конкурентной борьбы за энергию Солнца, вполне мог каким-нибудь образом произвести на свет жизнь и научится её использовать для поддержания постоянства своей энергии.
Хочется отметить, что если жизнь, с этой точки зрения, является инструментом поддержания постоянства геологических процессов, а человек же её зачастую уничтожает - вырубает огромные пространства леса, травит планктон в океанах и уничтожает животных, а зачастую и прямо вмешивается в геологические процессы - например, поворачивает течения рек, строит дамбы, осушает болота, роет огромные котлованы для добычи ресурсов, создаёт горы отработанных пород, создаёт огромные свалки мусора и промышленных отходов как на суше и под землёй, так и на поверхности океанов и на их дне, не говоря уже об ядерных и термоядерных взрывах, которые очень быстро и очень сильно изменяют течение всех геологических процессов в радиусе 100 км вокруг себя. То тем самым человечество выводит из равновесия эти геологические процессы - и ни это ли является причиной столь увеличившихся количества и силы ураганов и наводнений за эти десятилетия?
Процесс создал жизнь для поддержания своего равновесия, а мы же его выводим из равновесия, дак что тогда будет пытаться делать процесс? - Правильно пытаться поддерживать своё равновесие - пытаться уничтожить причину своего дисбалланса - кого? - нас ... "Я тебя породил, я тебя и убью ..." Только вот, кто окажется сильнее в этой борьбе? Разозлить то процесс мы можем, а вот сдержать его ярость - у нас пока силёнок маловато, да и в ближайшие лет 200 - 300, по всей видимости, не предвидится ... Быть может тогда лучше попытаться жить в мире и выполнять свою роль энергетического источника? ... Как бы это ни звучало. Ведь это будет выгодно и нам, и процессу.
Также нужно сказать, что немногие учёные станут заниматься вопросом происхождения жизни, т.к. довольно трудно рассуждать, не имея возможности провести эксперимент, многие просто не хотят рисковать своим именем и пускаться на эту скользкую стезю. Для многих современных биологов появление жизни на Земле - это постулат, что-то вроде гравитации для физиков, по этому они неохотно отвечают на вопросы об этом, например генетик Н. В. Тимофеев-Ресовский, когда его спрашивали об этом вопросе, отвечал: "Я был тогда очень маленьким, и потому ничего не помню. Спросите-ка лучше у академика Опарина ..."