Файл: Камшилов, М. М. Эволюция биосферы.pdf

ществования коацерватной капли, то относительная пре­ емственность в организации «материнской» и «дочерней» капель позволяла сохранять структуру материнской кап­ ли и после ее распада на дочерние. Естественно, только те коацерватные капли продолжали существовать, кото­ рые, вступая в какие-то элементарные формы обмена са средой, сохраняли относительное постоянство своего строения.

Миллионы лет шел процесс естественного отбора коацерватных капель. Бесчисленное их количество разруша­ лось, растворившись в водах первичного океана. Ничтож­ ная часть сохранялась. И, однако, сохранение каждой капли означало прогресс в совершенствовании ее органи­ зации. Способность к избирательной адсорбции, свойст­ венная самым простейшим коацерватам, постепенно пре­ образовалась в специфику обмена веществ. Капли при­ обрели способность адсорбировать не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали их устойчивость. Параллельно с повышением способности к избирательной адсорбции увеличивалось различие между структу­ рой капли п окружающей средой.

В процессе длительного естественного отбора сохра­ нялись лишь те капли, которые при распаде на дочер­ ние не терялп особенности своей структуры, т. е. приоб­ ретали свойство самовоспроизведения.

С возникновением самовоспроизведения окончилась предыстория развития жизни. Коацерватиая капля пре­ вратилась в простейший живой организм.

Пять условий прогрессивной эволюции были соблю­ дены и на этой стадии:

1. Имелась масса относительно простых компонентов — молекул сахаров, аминокислот, азотистых оснований, жирных кислот и других органических веществ, а также минеральных соединений.

2.Эти компоненты взаимодействовали между собой, образуя более сложные комплексы, в частности коацерваты.

3.Имелась свободная энергия в виде ультрафиолетово­ го излучения Солнца, под воздействием которой шел син­

тез более сложных соединений из относительно простых, а также, видимо, ускорялись синтетические процессы у протоорганизмов.

4. Неоднородность среды формирования обеспечивала

42

водних условиях деструкцию возникающих комплексов,

вдругих — оптимальный режим для протекания реакции синтеза. Взаимодействие процессов синтеза н деструкции привело к круговороту органического вещества — заро­ дышу будущего биотического круговорота.

5.Возникновение способности к самовоспроизведению открыло широчайшие возможности прогрессивной эволю­

ции.

И на этом этапе эволюции материи развивающееся новое, более сложное могло существовать лишь вместе со своим относительно простым предшественником, ис­ пользуя его энергию и вещество. При этом рассеянная информация, содержащаяся в химических элементах, рав­ но как и во всем окружении, интегрировалась в форме новой организации. На базе элементарных форм отбора возникла способность к самовоспроизведению.

Известный американский математик Джон фон Ней­ ман попытался решить проблему самовоспроизведения ав­ томатов. Полученные им результаты представляют исклю­ чительный интерес. Оказалось, что способность к само­ воспроизведению является функцией сложности организа­ ции: «...«сложность» на своем низшем уровне является, по-видимому, вырождающейся, т. е. ...каждый автомат, который может воспроизводить другие автоматы, на этом уровне будет производить только менее сложные авто­ маты. Существует, однако, некоторый минимальный уро­ вень, начиная с которого эта склонность к вырождению перестает быть всеобщей. Преодоление этого уровня де­ лает возможным создание автоматов, которые воспроизво­ дят себя или даже строят еще более сложные вещи. Тот факт, что сложность, точно так же как и структура ор­ ганизмов, ниже некоторого минимального уровня являет­ ся вырождающейся, а выше этого уровня может стать самоподдерживагощейся и даже расти, несомненно, играет важную роль во всякой будущей теории рассматриваемо­ го нами предмета» 41.

Теория автоматов, таким образом, доказывает прин­ ципиальную возможность возникновения самовоспроизве­ дения на основе прогрессирующего усложнения органи­ зации. Естественный, хотя и весьма длительный, путь к1

11 Д. Нейман. Общая и логическая теория автоматов. М., Фиаматгиз, i960,

стр. 101.

43

этому — концентрация в малом объеме свойств (инфор­ мации) , рассеянных в Космосе.

Основатель кибернетики Н. Винер говорит еще об од­ ной весьма важной особенности, характеризующей про­ цесс концентрации информации: «...способность системы поглощать информацию растет сначала довольно медлен­ но. И лишь после того как вложенная информация пе­ рейдет за некоторую точку, способность машины погло­ щать дальнейшую информацию начнет догонять внутрен­ нюю информацию ее структуры. Но при некоторой сте­ пени сложности приобретенная информация может не только сравняться с той, которая была вложена в ма­ шину, но далеко превзойти ее..., действительно сущест­ венные и активные явления жизни п обучения начи­ наются лишь после того, как организм достиг некоторой: ступени сложности» 42. Иначе говоря, способность к ин­ теграции информации пропорциональна степени сложно­ сти системы и, следовательно, в плане космического раз­ вития неизбежно выступает как самоускоряющийся про­ цесс.

Самовоспроизведение живых существ, таким образом, является функцией их специфическим образом органи­ зованной сложности.

Н. Винер. Кибернетика. М., «Советское радио», 1958, стр. 210—211.

Глава 2

РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ ОТ АРХЕЯ ДО НАШИХ ДИЕН

Жизнь ’создает в окружающей ее среде условия, [благоприятные для своего су­ ществования.

В. И. Вернадский

Первые шаги жизни

В Южной Африке, в центральном Трансваале, в чер­ ных сланцах формации Фиг — Три найдены остатки, повидимому, принадлежащие уже оформившимся живым организмам. Их возраст 3,1 млрд. лет. Тщательное микро­ скопическое исследование позволило обнаружить бактериоподобиые образования размером 0,56 X 0,24 мкм, наз­ ванные Е. С. Баргхоорном Eobacterium isolatum. В более поздних отложениях (2,7 млрд, лет) в Южной Роде­ зии найдены водорослевые известняки. Их биогенное про­ исхождение сомнений не вызывает. В еще более поздних отложениях (1,9 млрд, лет) в районе озера Онтарио С. А. Тайлер и Е. С. Баргхоорн нашли в слоях черного сланца хорошо сохранившиеся остатки многих типов ис­ копаемых растений: от разнообразных одноклеточных до разветвленных и неразветвленных нитчатых форм. Неко­ торые из них напоминали современные сииезеленые во­ доросли из рода осциллаторий и рода Chrococcus; встречались организмы, близкие по строению к панцириым жгутиконосцам — динофлагелятам. Там же обнару­ жен своеобразный звездчатый организм, названный «ут­ ренняя звезда» (Eoastrion). Он состоит из центрального тела, от которого радиально расходятся многочисленные тонкие лучи. В большом количестве в сланце найдены бактериоподобные образования.

45

наруженные в Южной Австралии, в районе холмов Эдиакары. Сотрудники Аделаидского университета после тща­ тельного изучения образцов окаменелостей нашли отпечат­ ки 13 видов медузообразных кишечнополостных жи­ вотных, четырех видов организмов, близких к восьми­ лучевым кораллам, нескольких видов червей и животных, непохожих на формы организмов из более поздних от­ ложений.

Иначе говоря, примерно миллиард лет назад жизнь на нашей планете была уже достаточно разнообразной. Остатки одноклеточных, а также многоклеточных живот­ ных и растений свидетельствуют о том, что в то далекое время уже существовал биотический круговорот. В ре­ зультате активного фотосинтеза образовались большие массы кислорода, превращающегося в верхних слоях ат­ мосферы в озон. Слой озона закрыл доступ к поверхно­ сти Земли коротковолновому ультрафиолетовому облуче­ нию. Тем самым создались предпосылки к выходу орга­ низмов из воды на сушу. Это событие произошло при­ мерно 400 млн. лет назад.

Жизнь набирает силы

С появлением живых существ эволюция жизни при­ обрела черты волнующего драматизма. На основе хими­ ческих процессов синтеза и деструкции возникли каче­ ственно новые явления: жизнь и смерть. Круговорот ор­ ганического вещества, основанный на возникновении и распаде химических соединений углерода, уступил место биотическому круговороту, основанному на рождении и гибели особей, развитии новых видов и вымирании ста­ рых. В полной мере вступил в свои права мощнейший фактор органической эволюции — естественный отбор. Достаточно двух примеров, чтобы оценить значение этого фактора. Численность особей вида — величина относи­ тельно постоянная для какого-то не слишком длительного отрезка времени: сохраняется столько же особей, сколько и гибнет. Если учесть, что очень многие организмы про­ изводят десятки, сотни, тысячи и миллионы семян или икринок, становится ощутимым масштаб гибели; сохра­ няется пара — гибнут десятки, сотни, тысячи, миллионы!

46

Другой пример: согласно расчетам американского па­ леонтолога Д. Симпсона, конечно очень приблизительным, за всю историю Земли существовало примерно 500 млн. видов организмов. Сейчас на нашей планете насчитывает­ ся около 2 млн. Совершенство современного органического

Т а б л и ц а 2

Периоды развития жизни на Земле

мира достигнуто ценою вымирания сотен миллионов ви­ дов. В ходе органической эволюции с лица Земли стерты не только отдельные виды, но и более крупные система­ тические единицы: роды, семейства, отряды, и даже целые классы живых существ.

История развития жизни на Земле подразделяется на у 6 эр и 17 систем, или периодов, охватывающих огромный промежуток времени в 3,5 млрд. лет. Продолжительность

47

всех подразделении, по А. Г. Вологдину |-г, представлена в табл. 2.

Как уже говорилось, первые остатки жизни обнару­ жены в слоях Земли, образовавшихся около 3 млрд, лет назад, т. е. в начале архейской пли в конце катархейской эры. К архейскпм ископаемым принадлежат остатки нитей водорослей н бактерпоподобных организмов, най­ денные в районе озера Онтарио. Бурное развитие жизни началось в протерозое (рис. 3). В саянской системе еще господствовали одноклеточные водоросли и бактерии, но уже в енисейской системе начали встречаться первые многоклеточные водоросли. Иначе говоря, примерно 1200 млн. лет назад биотический круговорот, осущест­ вляемый до тех пор одноклеточными, осложнился в ре­ зультате появления первых многоклеточных. Дальнейшее усложнение живой системы произошло в синнйской си­ стеме. Продолжалось развитие многоклеточных синезеле­ ных водорослей, появплпсь зеленые н красные водоросли и первые многоклеточные животные: медузы, губки, чер вп и особая, впоследствии полностью вымершая группа животных — археоциаты (рис. 4).

Возникновение многоклеточиости — весьма важный этап в развитии органического мира. Начиная с теоре­ тических работ известного немецкого .ученого пропаган­ диста дарвинизма Эрнста Геккеля (1872) было создано много различных гипотез, авторы которых пытались на­ метить вероятные путп становления этой качественно но­ вой формы организации живого. Разбор важнейших ги­ потез происхождения миогоклеточностп, а также анализ современного состояния проблемы можно найти в чрез­ вычайно интересной книге А. В. Иванова3* и в статье С. С. Шульмана4. Подавляющее большинство авторов колониальность считают необходимым этапом на пути к многоклеточиости. Колониальность легко возникает как результат не вполне законченного бесполого размноже­ ния: клетки разделились, но не разошлись. Эти колонии сравнительно часто образуются у бесцветных и зеленых

'- 2 А. Г. Вологдин. Земля и жизнь. М., Изд-во АН СССР, 1963.

3А. В. Иванов. Происхождение многоклеточных жпвотпых. Л., «Наука», 1968.

*С. С. Шульман. Проблема происхождения Metazoa. «Сборник по теоре­ тической биологии». Л., «Наука», 1973.

48

Рис. 3. Пункты нахождения ископаемых остатков докембрия (обозначены точками). Уже в докембрии

жизнь распространилась по всей планете