Возникновение и развитие жизни на Земле

Эволюция органического мира — необратимый, постепенный, естественный процесс исторического развития живой природы. В результате эволюции формируются приспособления организмов к конкретным условиям жизни, возникают и исчезают биологические виды, преобразуются биогеоценозы и биосфера в целом.

Однако сам процесс зарождения жизни на Земле и время возникновения первых организмов представляют пока не до конца решенную проблему. С древнейших времен было высказано множество предположений о появлении жизни па планете. На сегодняшний день существует пять концепций: креационизм, самопроизвольное многократное зарождение жизни, концепция стационарной «вечной» жизни, панспермия и концепция происхождения жизни на Земле путем биохимической эволюции.

К естественно-научным гипотезам можно отнести только две последние. Согласно концепции панспермии, сформулированной в конце XIX в., жизнь могла быть занесена на Землю из космоса метеоритным веществом или космической пылью. Этой гипотезы придерживался и В. И. Вернадский. Он полагал, что жизнь как таковая является фундаментальным свойством материи и допускал существование жизни во Вселенной в той или иной форме задолго до образования Земли. Прямых подтверждений этой гипотезы не найдено. Обнаруженные в метеоритах органические вещества не являются продуктами жизнедеятельности живого. Вместе с тем, на Земле в горных породах с возрастом в 3,8 млрд лет, а может быть и древнее, найдено органическое вещество, которое составляет древнейшие осадочные породы. Эти следы жизни появились одновременно с первыми достоверными следами воды на Земле^[1]. Условия, которые были на планете в то время, сходны с условиями, обнаруженными па Венере.

Концепция происхождения жизни на Земле имеет два варианта. По одному из них происхождение жизни — событие случайное и исключительное. Согласно другой точке зрения, жизнь — это результат закономерной эволюции материи.

В 20-е гг. прошлого века А. И. Опарин и Дж. Холдейн предложили гипотезу о возникновении жизни путем биохимической эволюции углеродных соединений.

Опарин исходил из того, что происхождение живого могло произойти только в условиях древней Земли и отсутствия живых организмов, т. е. абиогенным путем. Исследования показали, что в условиях первичной атмосферы, электрических разрядов, высокой радиации в растворах высокомолекулярных органических соединений, так называемом «первичном бульоне», могли возникать зоны повышенной концентрации вещества (белков, липидов) — коацерватные капли, которые вели себя подобно живым объектам: поглощали органическое вещество из окружающей жидкости, росли, делились. Такие коацерваты рассматривались Опариным как предшественники живого организма — пробионтами.

Дж. Холдейн полагал первичной не коацерватную кайлю, а макромолекулярную систему, способную к самовоспроизводству, т. е. нуклеиновую кислоту.

Гипотеза Опарина — Холдейна позднее получила подтверждение в экспериментах С. Миллера и С. Фокса, в которых были синтезированы аминокислоты, полипептиды.

Согласно этой концепции, взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к образованию примитивных проклеток, в которых сочетался обмен веществ и способность к самовоспроизводству.

Концепция биохимической эволюции получила признание и широкое распространение. Но и она имеет критику в свой адрес, так как не объясняет, каким образом набор неживых макромолекул мог образовать живую клетку. Нет ни одного факта, подтверждающего возможность абиогенного синтеза самого простейшего живого организма. Критикуют гипотезу и математики. Ученые подсчитали, что вероятность самозарождения живого из безжизненных молекул практически равно нулю — 10^-100.^[2] Эволюция на уровне коацерватов продолжалась миллионы лет.

Первый этап эволюции клеточных форм жизни был связан с анаэробными гетеротрофными прокариотами, которые питались готовыми органическими веществами, созданными абиогенным путем. Первые автотрофные фотосинтезирующие организмы также были прокариотами — это некоторые виды окрашенных бактерий и цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые стали насыщать атмосферу кислородом и создали предпосылки для возникновения аэробного дыхания. Возраст самых древних клеточных организмов порядка 3 млрд лет.

Следующим значительным событием в биологической эволюции стало возникновение эукариотических клеток примерно 2 млрд лет назад. Образование более сложного типа организации клеток и появление полового размножения увеличили эволюционные возможности и стали предпосылкой для возникновения многоклеточных организмов.

Около 1 млрд лет назад произошло разделение эукариотов на растительные и животные клетки. Растительные клетки эволюционировали в сторону повышения эффективности фотосинтеза, а животные клетки развивались в направлении совершенствования способов передвижения.

Примерно 800 млн лет назад появились настоящие многоклеточные организмы. Многоклеточная организация принесла организмам много преимуществ. Например, иметь значительные размеры и разнообразное строение тела, а это дает большую независимость от внешних условий, позволяет оставить много потомков, обеспечивает более длительную жизнь, обеспечивает внутреннюю дифференциацию, что приводит к функциональной эффективности.

Первая среда жизни — водная, была заселена многочисленными колониальными и нитчатыми формами водорослей, появились первые прикрепленные к дну бурые и красные водоросли. Среди животных, наоборот, получают развитие подвижные организмы — головоногие моллюски, черви, членистоногие.

Примерно 410 млн лет назад живые организмы начинают завоевывать сушу. Первыми были простейшие фотосинтезирующие организмы и грибы. Позднее возникли высшие растения — псилофиты, обитавшие в местах, периодически заливаемых водой. Псилофиты дали начало наземным высшим растениям. Самые первые наземные растения были небольших размеров. Распространение на суше растений было подготовлено более ранним выходом бактерий, цианей и мелких беспозвоночных и образованием почв. Со временем сушу освоили появившиеся влаголюбивые растения — мхи, плауны, хвощи, папоротники и к концу девона (360 млн лег назад) в сырых местообитаниях уже возникли леса из древовидных форм этих растений.

В эру средней жизни (250—70 млн лет назад) постепенно у наземных форм растений дифференцируются вегетативные органы, совершенствуется проводящая система, развиваются покровные ткани, изменяются способы размножения. На суше для размножения более подходят споры и семена, поэтому преимущества получили растения, размножающиеся этими способами. Древовидные папоротникообразные постепенно вымирают, а им на смену приходят голосеменные растения. В процессе эволюции появились покрытосеменные растения, у которых произошел ряд существенных изменений — ароморфозов: сформировался цветок — видоизмененный побег, в котором происходят опыление, оплодотворение и образование семян с зародышем и плода. У покрытосеменных имеются различные жизненные формы — травянистые растения, деревья и кустарники, что указывает на лучшую приспособляемость к условиям жизни на суше. Разнообразные видоизменения вегетативных органов позволяют успешно адаптироваться к неблагоприятным или даже экстремальным условиям окружающей среды. Эволюционные изменения покрытосеменных растений происходили за относительно короткий срок, поэтому для них свойственна высокая эволюционная пластичность.

Первыми из животных перешли из водной среды представители членистоногих — пауки. Выход на сушу первых позвоночных был обеспечен преобразованием плавников в конечности наземного вида, воздушных пузырей в легкие. Первыми полностью приспособленными для жизни па суше животными стали древние рептилии. Они имели сухие ороговевшие покровы, внутреннее оилодотворение, защитные оболочки зародыша. Древние пресмыкающиеся постепенно освоили различные места обитания, возникли плавающие, летающие, бегающие, хищные и растительноядные рептилии. Примерно 195 млн лет назад от рептилий произошли первые птицы. В это же время появляются первые млекопитающие.

Примерно 8 млн лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих. В этот же период появились разнообразные виды приматов и тем самым сложились предпосылки для начала антропогенеза.

В дальнейшем процесс естественного отбора привел к появлению многообразия форм растительных и животных организмов, грибов и бактерий, большей приспособленности к окружающей среде, увеличению численности живого и широкому распространению организмов на планете.

Эра современной жизни — время расцвета и господства млекопитающих, птиц, насекомых и цветковых растений.

• [1] См.: Еськов К. /О. История Земли и жизни на ней: от хаоса до человека. М. :Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.
• [2] См.: Еськов К. Ю. История Земли и жизни на ней: от хаоса до человека.