7.4. Эволюция — история жизни 299
Приведенная гипотеза происхождения жизни А. И. Опарина
— одна из самых признанных. Однако мысль о том, что
живое возникло только лишь как результат вышеописанных
случайных взаимодействий молекул, по выражению астронома
Ф. Хойла, «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение,
что ураган, проносясь над мусорной свалкой, может привести
к сборке «Боинга 747». Труднее всего по данной теории
объяснить, как именно появилась способность живых существ
к самовоспроизведению. Существующие гипотезы малоубедительны,
и это никак не подтверждено экспериментально.
7.4.2.2. Органическая эволюция
Постепенно ресурсы в виде «первичного бульона» истощались,
и хемосинтез начал затухать, однако в ходе биохимической
эволюции образовались более сложные органические
вещества. Среди них появились и такие, что оказались способны
осуществлять фотосинтез, т. е. использовать для синтеза
необходимых клеточных веществ непосредственно энергию излучения
Солнца, проникавшую в глубь воды. С включением
этих веществ в состав существовавших клеток последние стали
самостоятельно синтезировать свои клеточные материалы, и
необходимость поглощать их извне отпала — клетки стали ав-
тотрофными.
Полагают, что самые первые фотосинтезирующие клетки
были лишены метаболизма, ведущего к образованию молекул
кислорода; организмы, способные к фотосинтезу с выделением
кислорода, подобные современным синезеленым водорослям,
появились позже. Тогда количество кислорода в воде стало быстро
расти, а вследствие десорбции (выделения) его в атмосферу
она из восстановительной превратилась в окислительную. С
данного момента началось постепенное накопление кислорода
в атмосфере, и когда его концентрация стала равна 1% от современного
уровня, победа аэробов над анаэробами стала окончательной.
Соответствующий момент получил название 1-й
точки Пастера. Произошло это геологически внезапно не более
чем за 100—200 тыс. лет.
Описанные события происходили в архее около 2 млрд лет
назад (рис. 7.28). Они вызвали огромные изменения в химии
Земли, обеспечили быстрое распространение жизни и развитие
эукариотических клеток. Свидетельством того служат разнообразные
геологические формации, образовавшиеся в результате
выпадения в осадок многих минералов, таких, как соединения
железа.
300 Глава 7. БИОСФЕРА
С ростом количества кислорода в атмосфере увеличивался
также слой озона и, как следствие, уменьшался уровень ультрафиолетовой
радиации, достигавшей поверхности Земли.
Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных
многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные
клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере
достигло 3—4% его современного уровня (или около
0,6% состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд
лет назад (см. рис. 7.26). Многоклеточные организмы, вероятно,
появились 700 млн лет назад по достижении концентрации
кислорода в атмосфере 8% от современного уровня.
Период времени, когда существовали только мелкие, про-
кариотические одноклеточные формы жизни, называется до-
2 1 0,7 0,4
Время, млрд лет
Рис. 7.28. Схема эволюции состава атмосферы и биосферы
(по Ю. Одуту с дополнениями)
7.4. Эволюция — история жизни 301
кембрием. В кембрийский период произошел эволюционный
взрыв новых форм жизни, таких, как губки, кораллы, черви,
моллюски, морские водоросли и предки семенных растений
и позвоночных. В течение последующих периодов палеозойской
эры жизнь заполнила все моря.
После возрастания концентрации кислорода в атмосфере
и достижения уровня 10% от современного (2-я точка Пасте-
ра) озоновый слой стал настолько эффективно защищать живое
от жесткого ультрафиолетового излучения, что жизнь постепенно
вышла из водной среды на сушу. Дальнейшее формирование
наземных экосистем пошло относительно автономно
от процессов эволюции водных экосистем. Развитие наземной
зеленой растительности обеспечило большие количества кислорода
и пищи, которые были необходимы для последующей
эволюции таких крупных животных, как динозавры и млекопитающие,
а также человека. Одновременно океанический
планктон дополнительно к формам с клеточными оболочками
из органических веществ пополнился формами с известковыми,
а позже и с кремниевыми оболочками.
В середине палеозоя (около 400 млн лет назад) потребление
кислорода сравнялось с его продуцированием, в результате
чего концентрация кислорода в атмосфере стабилизировалась
на уровне современного, т. е. около 20%. Это позволяет
экологии проводить аналогию между эволюцией биосферы
и сукцессией.
В конце палеозоя (350—250 млн лет назад) изменился климат,
послуживший началом обширного «автотрофного цветения
», вызвавшего снижение содержания 02 и повышение содержания
С02 . В результате этого создались запасы ископаемого
топлива — основы энергетики в наши дни. Позже (200—
150 млн лет назад) содержание кислорода и углекислого газа
в атмосфере постепенно вернулось к относительно стабильному
уровню, сохранившемуся до наших дней.
За время эволюции биосферы усиление ее биопродуктивности
всегда сопровождалось интенсивным образованием многих
полезных ископаемых, таких, как нефть, газ, уголь, горючие
сланцы, фосфориты, калийные соли и др.
Земля пригодна для жизни уже около 4 млрд лет, что
в первую очередь свидетельствует о малых колебаниях температуры
ее поверхности. За это продолжительное время не происходило
ни сильного переохлаждения, ни сильного перегрева,
т. е. приход энергии из космоса был равен ее расходу. Тем
не менее в отдельные периоды происходили достаточно силь-
302 Глава 7. БИОСФЕРА
ные колебания климатических условий среды обитания живых
организмов, например, колебания уровня Мирового океана
с разницей между максимумом и минимумом, по некоторым
оценкам, порядка 300—400 м.
Периоды общего похолодания на нашей планете чередовались
с периодами потепления достаточно часто. Ледяные шапки
на полюсах как бы пульсируют: то разрастаются, то сокращаются.
Считается, что за цикл «разрастание — отступление»
ледниковые покровы пропускают через себя весь объем гидросферы.
Подобные циклы продолжаются около 100 тыс. лет. За
последний миллион лет этих циклов было (по разным оценкам)
от четырех до восьми. Во всяком случае, твердо утверждается,
что за это время вся гидросфера Земли несколько раз
полностью прошла через твердую фазу в ледниках планеты.
Все оледенелые и безледные состояния нашей планеты пока
еще не известны. Чем древнее отложения, тем труднее выявить
точную картину прошлых событий. Тем не менее существуют
оценки, в соответствии с которыми общее количество
оборотов гидросферы через ледники исчисляют тысячами.
Наиболее крупными достоверно установленными периодами
наступления ледников являются эпохи оледенения:
• в середине раннего протерозоя;
• с конца верхнего рифея и до начала венда;
• с конца палеогена (около 25 млн лет назад);
• «великие оледенения» северных материков в антропоге-
новый период.
Так, в среднем плейстоцене (45—60 тыс. лет назад) мощные
ледниковые языки спустились почти до 48° с. ш. в Европе
и до 37° с. ш. в США. В это время в Северном полушарии было
сосредоточено до 67% площади континентальных ледников
земного шара, тогда как в наши дни эта величина не превышает
16%.
Ледниковый климат относительно устойчив, и продолжительность
каждого ледникового периода составляла десятки
тысяч лет. До сих пор не ясно, каким образом и почему Земля
выходила из этого состояния, причем таяние многокилометровой
толщи ледников происходило относительно быстро, примерно
за 1 тыс. лет. Многолетнее промерзание пород на севере
России (отголосок последнего ледникового периода) продолжается
до настоящего времени.
Межледниковые эпохи характеризовались относительно
мягким климатом. Средние температуры при этом повыша-
7.4. Эволюция — история жизни 303
лись на 6—12 °С. Последние 10 тыс. лет относятся к послеледниковой
эпохе.
Наиболее стабильные условия в биосфере были в эпохи
между парами «гигантских волн жизни». Особенно выделяется
позднемеловая эпоха, когда почти 20 млн лет не происходило
ни грандиозного соленакопления, ни накопления органики
(в виде топлива). В это время на Земле были наиболее благоприятные
климатические условия. Средние широты характеризовались
слабовлажным теплым климатом, тропики — менее
влажным, чем сейчас. В высоких широтах тогда не было оледенения,
а климат был достаточно теплым и не очень влажным.
Считается, что наши дни относятся к эпохе между бурными
событиями последней гигантской волны жизни и грядущей
гигантской волной с буйством флоры на континентах типа
раннеюрской.