Жизнь с научной точки зрения

Никто точно не знает, когда именно возникла первая живая клетка. Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий), найденных в древних отложениях земной коры, — около 3,5 млрд. лет. Допустим, что возраст жизни на нашей планете — 3 млрд. 600 млн. лет.

Самая древняя эпоха развития жизни — докембрийская — длилась невероятно долго: свыше 3 млрд. лет. Или, по нашей шкале, с начала суток до 8 часов вечера.

Мы уже рассказали об условиях, в которых жили первые живые организмы. Пищей им служил «первичный бульон» окружающего океана или их менее удачливые собратья. Постепенно, однако, в течение миллионов лет этот бульон становился всё более «разбавленным», и, наконец, запасы питательных веществ исчерпались.

Развитие жизни зашло в тупик. Но эволюция благополучно нашла из него выход. Появились первые организмы (бактерии), способные с помощью солнечного света превращать неорганические вещества в органические. (О том, как это происходит, рассказано в статье «Фотосинтез»). Чтобы строить свои организмы, всему живому требуется, в частности, водород. Зелёные растения получают его, расщепляя воду и выделяя кислород. Но бактерии этого делать ещё не умеют. Они разлагают не воду, а сероводород, что гораздо проще. При этом выделяется не кислород, а сера. (Поэтому на поверхности некоторых болот можно встретить плёнку из серы.).

Так и поступали древние бактерии. Но количество сероводорода на Земле было довольно ограничено. Наступил новый кризис в развитии жизни.

Выход из него «нашли» сине-зелёные водоросли. Они научились расщеплять воду. Молекула воды — непростой «орешек», не так-то легко «растащить» водород и кислород. Это в 7 раз труднее, чем расщепить сероводород. Можно сказать, что сине-зелёные водоросли совершили настоящий подвиг. Это произошло 2 млрд. 300 млн. лет назад (по нашей шкале — около 9 часов утра).

Теперь в качестве побочного продукта в атмосферу начал выделяться кислород. Накопление кислорода представляло серьёзную угрозу для жизни. Начиная с 11 часов утра новое самозарождение жизни на Земле стало невозможным — содержание кислорода достигло 1% от современного. А перед живыми организмами встала новая проблема — как бороться с возрастающим количеством этого агрессивного вещества. Но эволюция сумела преодолеть и это испытание, одержав новую блестящую победу. Около 11 часов утра на Земле появился первый организм, вдохнувший кислород. Так возникло дыхание.

До этого момента живые организмы жили в океане, укрываясь в водной толще от губительных для всего живого потоков солнечного ультрафиолета. Теперь благодаря кислороду в верхних слоях атмосферы возник слой озона, смягчивший излучение. Под защитой озона жизнь смогла выйти на сушу.

Американский писатель-фантаст Клиффорд Саймак в повести «Кто там в толще скал?» так описывает воображаемое путешествие своего героя во времени — в докембрий: «Дышать было трудно. Кислорода ещё хватало, хоть и с грехом пополам, — из-за этого он и дышал гораздо чаще обычного. Отступи он в прошлое ещё на миллион лет — кислорода перестало бы хватать. А отступи ещё немного дальше — и свободного кислорода не оказалось бы совсем.

Всмотревшись в береговую кромку, он приметил, что она населена множеством крохотных созданий, снующих туда-сюда, копошащихся в пенном прибрежном соре или сверлящих булавочные норки в грязи. Он опустил руку и слегка поскрёб камень, на котором сидел. На камне проступало зеленоватое пятно — оно тут же отделилось и прилипло к ладони толстой плёнкой, склизкой на ощупь.

Значит, перед ним была первая жизнь, осмелившаяся выбраться на сушу, — существа, не готовые, да и не способные оторваться от подола ласковой матери-воды, которая бессменно пестовала жизнь с самого её начала.

Здесь происходило многое, что даст себя знать в грядущем, но происходило тайно, исподволь. Снующие козявки и осклизлый налёт на скалах — отважные в своём неразумии предвестники далёких дней — внушали почтение…".

В течение докембрия природа сделала ещё целый ряд замечательных «изобретений». Около 2 часов дня (по нашей шкале) клетки получили ядро. Примерно тогда же возникло половое размножение, резко ускорившее темпы эволюции. Появились первые многоклеточные существа. К концу докембрия (как мы помним, это 8 часов вечера) земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишёнными скелета. Возникновение у животных скелета — раковин, панцирей и т. д. — обозначило начало новой геологической эры.

Палеозойская эра, начавшаяся 570 млн. лет назад, длилась 340 млн. лет. (То есть, по нашей шкале, с начала девятого вечера до половины одиннадцатого.) Учёные делят её на шесть периодов.

Самый ранний из них — кембрий (он продолжался 70 млн. лет). Как мы уже сказали, в этот период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет, будь то раковина, панцирь или просто колючие шипики. Видимо, мягкотелость становится к этому моменту слишком небезопасной.

Творчество природы, создающей новые формы жизни, в кембрии необычайно плодотворно и разнообразно: почти все типы животного царства получают своих первых представителей. Хордо-вых, например, представляют существа, похожие на современного ланцетника. Пропуская воду через жаберные щели, они таким образом процеживают из ила съедобные частички.

Как ни трудно нам представить моря без рыб, но в морях кембрия их ещё не было. Моря были густо заселены знаменитыми трилобитами — вымершими предками пауков, скорпионов и клещей.

За кембрием следует ордовик (он длился 60 млн. лет). В море по-прежнему процветают трилобиты. Появляются первые круглоротые — родичи современных миног и миксин. Челюстей у них ещё нет, но строение рта позволяет хватать живую добычу, что, конечно, гораздо выгоднее бесконечного процеживания ила.

В следующем периоде — силуре (30 млн. лет) на сушу выходят первые растения (псилофиты), покрывая берега зелёным ковром высотой до 25 см. Вслед за ними на сушу начинают переселяться животные, приучаясь дышать атмосферным воздухом, — многоножки, черви, пауки и скорпионы.

В морях трилобитов уже теснят гигантские ракоскорпионы, длина которых порой превышает 2 м. У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде орган — челюсти, развившиеся из безобидных жаберных щелей бесчерепных (например, ланцетника). Чтобы добыча не ускользнула из этих челюстей, рыбы приобретают одновременно парные плавники, увеличивающие манёвренность.

Следующий период — девон (60 млн. лет). Сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые.

Выбираются на сушу и позвоночные. Как и почему это происходит? Климат в девоне был сухой, температура в течение года резко изменялась. Многие водоёмы пересыхали. Некоторые рыбы стали на время засухи зарываться в ил. Для этого нужно было уметь дышать атмосферным воздухом. Но особенно многообещающей для дальнейшей эволюции оказалась группа кистепёрых рыб. Помимо лёгочного дыхания они имели подвижные мускулистые плавники, похожие на лапы. С их помощью они ползали по дну. Чтобы не погибнуть в пересохшем водоёме, кистепёрые рыбы отправлялись в сухопутные странствия в поисках воды. При этом они путешествовали на довольно большие расстояния. Естественно, выживали те, которые лучше могли двигаться по суше. Правда, слабых лёгких для дыхания было недостаточно. Как ещё дышать, если жабры на суше не годятся? Только через кожу. Поэтому рыбья чешуя уступила место гладкой влажной коже.

Так в девоне кистепёрые рыбы постепенно покинули родную стихию и дали начало первым земноводным — стегоцефалам (панцирноголовым).

Вслед за девоном наступил карбон, или каменноугольный период (65 млн. лет). Впервые огромные пространства суши покрылись болотистыми лесами из древовидных папоротников, хвощей и плаунов.

Глядя на современные небольшие плауны, трудно поверить, что их предки (например, чешуедрев, или лепидодендрон) достигали 40 м в высоту и 6 м в обхвате.

Из падавших в воду и постепенно превращавшихся в уголь стволов образовались залежи каменного угля. Самый ценный уголь (антрацит) получился из скоплений множества спор, которые роняли в воду деревья того времени.

Сжигая в печке каменный уголь, мы чувствуем тепло солнечных лучей, падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад. Под ними грелись наши далёкие предки — земноводные, царствовавшие в карбоне.

Впервые жизнь, освоившая воду и сушу, сделала шаг и в третью стихию — воздух. Первыми и единственными, кто поднялся в воздух в лесах каменноугольного периода, были насекомые. Порой они вырастали до невероятных размеров. Размах крыльев некоторых стрекоз достигал 70 см. А в зарослях помимо пауков и скорпионов стали встречаться, например, тараканы (размером иногда с морскую свинку).

Жизнь сумела окончательно оторваться от породившей её водной стихии. Почти одновременно это удалось рептилиям и семенным папоротникам, предкам хвойных. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий — скорлупа. Зародыши в семени и яйце были защищены оболочками, обеспечены пищей. Из яиц рептилий вылуплялся уже не беспомощный головастик, а уменьшенная копия родителя.

Рептилиям уже не нужна была голая кожа для дыхания — вполне хватало лёгких. Они «заковались обратно в панцирь» из чешуи или роговых щитков.

Последний период эры древней жизни — пермь, или пермский период (55 млн. лет). Климат стал холоднее и суше. Влажные леса из папоротников и плаунов исчезли. Вместо них появились и широко разрослись хвойные.

Земноводных всё больше теснили рептилии, шедшие к своему господству на планете.

Мезозойская эра наступила 230 млн. лет назад и длилась 163 млн. лет. (То есть с половины одиннадцатого вечера до половины двенадцатого по нашей шкале.) Она делится на 3 периода: триас (35 млн. лет), юру, или юрский период (58 млн. лет), и мел, или меловой период (70 млн. лет).

В морях ещё в пермский период окончательно вымерли трилобиты. Но это не было закатом морских беспозвоночных. Напротив: на смену каждой вымершей форме приходило несколько новых. В течение мезозойской эры океаны Земли изобиловали моллюсками: белемнитами, похожими на кальмаров (их ископаемые раковины зовут «чёртовыми пальцами»), и аммонитами. Раковины некоторых аммонитов достигали 3 м в диаметре. Ни у кого больше на нашей планете, ни до того, ни позднее, не было таких колоссальных раковин!

В лесах мезозоя господствовали хвойные, похожие на современные сосны и кипарисы, а также саговники. Мы привыкли видеть насекомых, вьющихся над цветами. Но такое зрелище стало возможным лишь с середины мезозоя, когда на Земле расцвёл первый цветок. К меловому периоду цветковые растения уже начали теснить хвойные и саговники.

Мезозой, особенно юру, можно назвать царством рептилий (о гигантских рептилиях юры рассказано в статье «Динозавры»). Но ещё в самом начале мезозоя, когда рептилии только шли к своему господству, рядом с ними появились мелкие, покрытые шерстью теплокровные животные — млекопитающие. Долгие 100 миллионов лет они жили рядом с динозаврами, почти незаметные на их фоне, терпеливо дожидаясь своего часа.

В юре у динозавров появились и другие теплокровные соперники — первоптицы (археоптериксы). Они имели ещё очень много общего с рептилиями: например, челюсти, усеянные острыми зубами. В меловом периоде от них произошли и настоящие птицы.

В конце мелового периода климат на Земле стал холоднее. Природа уже не могла прокормить животных, весивших более десяти килограммов. (Правда, есть научные теории, иначе объясняющие вымирание динозавров.) Началось массовое вымирание (растянувшееся, однако, на миллионы лет) гигантов-динозавров. Теперь освободившееся место могли занять звери и птицы.

Кайнозойская эра, начавшаяся «за полчаса до полуночи» (67 млн. лет назад), стала царством птиц, млекопитающих, насекомых и цветковых растений. Она продолжается и сейчас.

Учёные разделяют её на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген. Последний из этих периодов, в котором появляется человек, начался около 2 млн. лет назад (по нашему счёту — 50 секунд назад). А время существования всей человеческой цивилизации (если считать её возрастом 10 тыс. лет) на нашей шкале — всего «четверть секунды»!