Борис Александрович Трофимов

На книжных полках наших читателей не много книг, посвященных истории жизни на Земле. Между тем наряду с вечно изменяющейся и бесконечной Вселенной, быть может, ничто так не поражает воображение человека, как величественная и сложная история жизни, ее прогрессивное развитие в течение колоссальных промежутков времени. Эта старая и вечно новая тема привлекала внимание людей, вероятно, с тех пор, как появился разумный человек.

Научный редактор доктор биологических наук, профессор К. К. ФЛЕРОВ

На книжных полках наших читателей не много книг, посвященных истории жизни на Земле. Между тем наряду с вечно изменяющейся и бесконечной Вселенной, быть может, ничто так не поражает воображение человека, как величественная и сложная история жизни, ее прогрессивное развитие в течение колоссальных промежутков времени. Эта старая и вечно новая тема привлекала внимание людей, вероятно, с тех пор, как появился разумный человек.Почти столетие отделяет нас от того времени, когда Ч. Дарвин создал учение об историческом развитии органического мира. За этот срок наука накопила много материала, позволяющего конкретно проследить историю жизни на Земле, основные этапы ее развития.В настоящее время над проблемой развития жизни работает много ученых: микробиологи и биохимики, геохимики и палеонтологи, астрофизики и ботаники, зоологи и физиологи.В этой книге рассказывается о том, как возникла и развивалась жизнь на Земле вплоть до появления человека, культурных растений и домашних животных.Автор, зоолог и палеонтолог по специальности, естественно, уделил основное внимание происхождению животных, используя в первую очередь достижения современной палеонтологии — науки, изучающей историю жизни по остаткам ископаемых организмов.Методы современной науки позволяют достаточно определенно и точно восстанавливать органический мир прошлого и в его естественной обстановке, непрерывном изменении. Автор попытался также связать прошлое с настоящим, помочь читателю понять настоящее через его историю. Изучение истории растительного и животного мира развивает диалектико-материалистическое мышление, помогает узнавать живую природу, а также предвидеть, как она будет изменяться в дальнейшем. Конечно, управлять общим ходом развития жизни на Земле — дело науки и практики будущего. Но это будущее не за горами.

Мы знаем, что Вселенная бесконечна. О ее протяженности можно судить по скорости света. Проходя 300000 километров в секунду, свет от самых близких звезд достигает Земли через годы. Среди многочисленных звездных систем, составленных множеством отдельных звезд разной величины, различных стадий развития и древности, наше внимание более всего привлекает звездная система — Галактика, в состав которой входит Солнце с окружающими его планетами.Если бы всего полстолетия назад сказали, что настанет день, когда мы узнаем, из чего состоят звезды, есть ли у других планет атмосфера и каковы физические условия на их поверхности, никто бы этому не поверил. Однако мы сейчас имеем эти сведения. Более того, человек готовится стать путешественником по Вселенной, он многое узнал о строении, происхождении и развитии звезд, планет.Как возникла Земля, земная кора, в каком направлении идет развитие их строения, откуда взялись океаны, глубокие моря и мелководья, низменные равнины и горные хребты — все то, что создает возможности для возникновения и развития жизни на Земле?Эти вопросы встают перед нами, когда мы задумываемся над проблемой истории жизни на Земле.Очень давно по сравнению с продолжительностью жизни человечества около 5—6, а может быть и более, миллиардов лет назад образовалась Земля.В настоящее время работы астрономов, геологов и других специалистов, изучающих строение и развитие небесных туманностей, звезд, Солнца, планет с их спутниками, позволяют с достаточной достоверностью представить себе возможные пути возникновения Земли и общую картину ее изменений даже на первых этапах существования.Происхождение Земли, ее строение, в частности концентрация различных химических элементов, образование атмосферы — воздушного океана Земли, гидросферы — водной оболочки Земли, литосферы — каменной оболочки Земли, а также происхождение жизни — одна из самых интересных и замечательных проблем, которые сейчас разрабатываются наукой.Современная астрономия доказывает, что материя звезд и планет находится в непрерывном изменении, что причины образования планет следует искать в закономерностях развития отдельных звезд. Однако мы пока еще не знаем, как образовалась наша Земля, и можем высказывать только более или менее правдоподобные предположения, или гипотезы.В настоящее время происхождение Земли можно представить себе так.По гипотезе, разрабатываемой академиком В. Г. Фесенковым, Солнце и планеты возникли из огромного газово-пылевого облака, подобного тем туманностям, которые наблюдаются во многих районах Галактики. Размеры туманности были настолько огромны, что из ее вещества наряду с Солнцем возникли десятки, а может быть, и сотни других звезд.О том, как постепенно из газово-пылевого облака сгустились планеты, в том числе и Земля, мы знаем из теоретических работ академика О. Ю. Шмидта и его школы. Взаимное тяготение частиц облака и их обращение вокруг Солнца привели к образованию сгущений, сначала небольших, а затем все более и более растущих. В результате такого процесса роста, продолжавшегося миллиарды лет, образовались крупные шарообразные тела — планеты, среди которых была и наша Земля.Первичная Земля была холодной. Однако рассеивавшееся облако, вещество которого сгустилось в планеты, теперь уже не мешало солнечным лучам достигать района Земли и даже более отдаленных областей солнечной системы. Солнечное тепло привело к выделению газов из твердых частиц, составивших поверхность Земли. Так возникла земная атмосфера.С другой стороны, радиоактивные вещества, заключенные в Земле, распадались и выделявшееся при этом тепло, не находя выхода наружу, расплавляло породы внутренних частей Земли. В конце-концов возникли мощные «очаги расплава», откуда через жерла вулканов раскаленная лава извергалась на поверхность Земли.В Земле происходил (да и поныне еще не кончился) процесс перераспределения тяжелых и легких пород. Тяжелые породы именно вследствие своей тяжести опускались к центру Земли, «выдавливая» на ее поверхность породы легкие.Такие перемещения иногда очень крупных масс послужили причиной землетрясений и горообразования. Теперешнее перераспределение плотности в Земле, ее расслоение по геосферам, есть результат долгой эволюции земного шара.Водяные пары, выделяясь в атмосферу из недр и поверхностных слоев Земли, охлаждались там, превращаясь в ливни и дожди. Постепенно вода заполнила углубления на поверхности земного шара, дав начало морям и океанам.Таким образом, Земля первоначально резко отличалась от современной.Прежде чем возникла жизнь, вещества земного шара испытывали сложные физико-химические превращения, в результате которых возникали оболочки, сферы Земли.Геологическими и геофизическими исследованиями установлено, что Земля от центра к периферии разделяется на так называемые геосферы. Ученые различают ядро и субъядро, состоящие из плотных элементов; твердую оболочку, земную кору, или литосферу, сложенную из менее плотного силикатного (кремниевого) материала, водную оболочку (гидросферу) и воздушную оболочку (атмосферу).Земная кора имеет толщину от 3 до 80 километров. Она состоит главным образом из пород, содержащих много кремнекислоты, окислов алюминия, кальция, щелочей.Для понимания возникновения жизни на Земле необходимо знать, как появились эти сферы, чем они характерны.Совершенно очевидно, что для жизни требуются определенные внешние условия, которые могли сложиться лишь в результате длительного исторического изменения химического состава Земли, а также ее вод, атмосферы, источников внутренней энергии и в первую очередь радиоактивности.Литосфера, или земная кора, образовалась в глубокой древности. «Возраст Земли — есть приблизительно возраст ее твердой коры», — пишет академик В. Г. Фесенков. Это объясняется тем, что вследствие большой разности температур раскаленная часть Земли быстро остывала. По гипотезе, разработанной О. Ю. Шмидтом, следует, что первичная земная кора возникла с самой Землей и имеет одинаковый с ней возраст. Разогревание Земли в результате радиоактивного распада началось позже и сильнее было в центре Земли.Вполне вероятно, что древняя земная кора была сравнительно тонкой и беспрерывно разрывалась в различных местах под напором глубинных извержений газов, паров и жидких лав. Постепенно она утолщалась, на нее наслаивались разлившиеся лавовые потоки, осадочные породы, а снизу охлаждались и затвердевали более глубокие слои. Одновременно с образованием земной коры шло образование атмосферы и гидросферы.Первоначальная атмосфера Земли содержала в себе много паров воды, но мало кислорода, ибо основная масса его образовалась после возникновения жизни на Земле за счет деятельности зеленых растений. Образовавшиеся на поверхности Земли воды давали начало первичным океанам и морям, пресным или имевшим слабую соленость.Это первобытное состояние Земли тянулось очень долго, вероятно, дольше, чем все последующее время ее существования. Происходили сложные химические взаимодействия различных веществ. В частности, углерод — элемент жизни, — вступая в соединения с другими веществами, дал начало возникновению жизни.

Происхождение жизни, ее сущность — одна из наиболее трудных загадок науки, ибо жизнь — это самое сложное из известных нам явлений природы. Никто не видел и не наблюдал ее возникновения; более того, в природе не сохранилось никаких прямых или косвенных свидетельств о возникновении жизни и первых этапах ее развития.Поэтому разгадка происхождения жизни — одна из самых сложных проблем, над разрешением которой давно работала человеческая мысль, развиваясь по сложному пути от вымыслов, предрассудков к точному знанию.На протяжении многих веков вокруг этой проблемы шла непрерывная борьба между двумя непримиримыми идеологиями — материализмом и идеализмом. В течение долгого времени науке для разрешения вопроса о возникновении жизни недоставало многих необходимых сведений. И этим пользовалась религия, пропагандируя представления, не обоснованные фактами и рассчитанные на слепую веру.Путем накопления и обобщения многих фактов наука доказала, что для объяснения возникновения жизни не требуется прибегать к «божественному началу» или «божественной силе», даже несмотря на то, что наши знания о свойствах жизни еще недостаточно полны.В настоящее время существует несколько предположений о возникновении жизни на Земле:1. Жизнь никогда не возникала, она вечна, как вечна материя.2. Жизнь возникла не на Земле, а занесена на нее с других небесных тел.3. Жизнь возникла на самой Земле, то есть на какой-то стадии развития Земли из неживого возникло живое.Первые два предположения о вечности жизни и занесении ее на Землю из мирового пространства с других планет несостоятельны в научном отношении. Утверждение, что жизнь никогда не возникала, что она вечна, есть по существу отказ от научного решения вопроса.Диалектический материализм прежде всего учит, что вся природа находится в постоянном изменении, в развитии от простого к сложному, что живая материя как наиболее сложная могла возникнуть из неживой. Крометого, Земля как и другие планеты, не «вечна», она была вначале безжизненной.Согласно современным достижениям науки, на протяжении громадных отрезков времени, потребовавшихся на образование Земли и первых стадий ее развития, жизнь на ней была невозможна. В древнейших слоях земной коры мы не находим следов жизни.Вторая гипотеза о занесении жизни на Землю из мирового пространства также не подтверждается. По этой гипотезе, зародыши жизни рассеяны во Вселенной. «Жизнь может в течение бесконечного времени переноситься с одной солнечной системы на другую или с планеты на планету внутри отдельной солнечной системы», — так писал один из ярых сторонников этой гипотезы, шведский физик и химик Аррениус.Известный немецкий физик и физиолог, Гельмгольц, считал, что жизнь могла быть занесена на Землю осколками небесных тел — метеоритами.Вот как описывает эту возможность Гельмгольц: «Если два небесных тела сталкиваются, то большая часть их от удара так разбивается, что должна расплавиться. При этом во все стороны разлетаются осколки... Если бы наша Земля в ее теперешнем состоянии с ее растениями и животными столкнулась с небесным телом приблизительно такой же величины, то в пространстве рассеялось бы много больших и малых обломков, несущих на себе семена растений и животных. А так как с бесконечных времен существуют миры, несущие на себе жизнь, то существует и бесконечное множество метеоритов, которые, странствуя в небесном пространстве, несут на себе зародыши. Если бы на Земле не было жизни, то такой метеорит, упав на нее, мог бы вызвать на ней жизнь».Едва ли живые организмы, даже мельчайшие из них, их споры, семена и т. п. могли бы перенести такой страшный удар и высокую температуру, которая возникает при этом. Кроме того, метеорит при движении в земной атмосфере сильно раскаляется. Далее, ни на одном из метеоритов не обнаружено никаких следов жизни. Поэтому от такого предположения надо отказаться.Когда в начале XX века русский физик П. Н. Лебедев экспериментально доказал, что световые лучи производят давление, способное переносить мельчайшие частицы, гипотеза о занесении жизни на Землю, как будто получила научное подтверждение.Однако это не так. Такое оригинальное, можно сказать, романтическое, объяснение возникновения жизни на Земле, имеющее до сих пор много сторонников, не подтверждено никакими научными доводами. Эта гипотеза обсуждалась на конференции по проблеме стратосферы, созванной в 1935 году в Ленинграде Академией наук СССР.Советские микробиологи заявили на этой конференции, что любые микроорганизмы, любые зародыши жизни в стратосфере существовать не могут.Крупный микробиолог академик Б. Л. Исаченко отметил, что все микроорганизмы, обнаруженные в воздухе, — земного происхождения. Кроме того, зародыши жизни не могут путешествовать в космическом пространстве потому, что ультрафиолетовое (коротковолновое) излучение Солнца убивает жизнь в течение нескольких секунд.Все организмы на Земле защищены от действия коротковолнового излучения слоем озона, находящегося ь атмосфере. Только проскочив сквозь этот озоновый экран, зародыш жизни оказался бы защищенным от космических лучей смерти.И даже если бы, наконец, организмы каким-либо образом и были перенесены с одной планеты на другую, они не нашли бы нормальных условий для своего развития. Астрофизика — наука о физическом и химическом строении небесных тел — показала, что физические, климатические и иные условия планет и других небесных тел весьма различны. Поэтому исторически сложившаяся приспособленность организмов к определенным условиям существования на одной планете была бы препятствием для их акклиматизации на другой планете.Следовательно, соображения о том, что жизнь на Земле или другой какой-либо планете могла начаться с помощью организмов, занесенных с других планет, лишены научного обоснования.Однако мысль о том, что жизнь и даже разумные существа есть не только на Земле, верна. Ф. Энгельс писал: «...у нас есть уверенность, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с какой она когда-нибудь истребит на земле свой высший цвет — мыслящий дух, она должна будет его снова породить где-нибудь в другом месте и в другое время» 1.

1 Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1955, стр. 19

В последние годы советский ученый член-корреспондент Академии наук СССР Г. А. Тихов создал новую отрасль знаний — астроботанику, занимающуюся изучением растительности на других планетах. Опираясь на достижения астрофизики, он пришел к выводу, что на Марсе существует низкорослая растительность — стелющиеся кустарники голубого, зелено-голубого и синего цветов.Остается разобраться в третьей гипотезе о том, что жизнь возникла на Земле. Этот взгляд — наиболее древний в науке.Многие величайшие философы древности — Аристотель, Лукреций, Виргилий, Овидий, Плиний Старший — верили в зарождение, то есть в возникновение сложно устроенных организмов из неживого вещества или внезапное превращение простых организмов в сложные. В XVII веке Ван Гельмонт предложил знаменитый рецепт самозарождения мышей из грязного белья, положенного в горшок с зернами пшеницы или с кусочком сыра. Спустя некоторое время итальянец Буанони сделал не менее фантастическое сообщение. На некоторых сортах деревьев, утверждал он, после того как они сгниют, появляются черви, которые затем превращаются в бабочек, а эти бабочки превращаются в птиц.Итальянский поэт и медик Франческо Реди решил тщательно проверить возможность подобных самозарождений. Для доказательства, что так называемые мясные «черви», представляющие личинки мух, не зарождаются самопроизвольно, он покрывал кусок мяса марлей. Мухи, привлеченные мясом, откладывали на марле яйца, из которых и развивались личинки мух. Этот простой и наглядный опыт вызвал определенный сдвиг в умах ученых. Сам Ф. Реди выдвинул принцип: «Все живое от живого», правильность которого для всех современных организмов подтверждена всем ходом дальнейшего развития науки. Позднее профессор медицины Валлисниери в Падуе (Италия) доказал, что черви в плодах растений, например яблоках, происходят также из яиц, откладываемых насекомыми в цветах до того, как из них начнут развиваться плоды.

Так появляются «мясные черви» — личинки мух (опыт Реди.) Личинки мух появляются на мясе, не покрытом кисеей (А). На мясе, покрытом кисеей, личинок нет (Б)

Теория зарождения организмов казалась побежденной. Но в конце XVII века был изобретен микроскоп, и при помощи его голландским натуралистом А. Левенгуком был открыт мир мельчайших организмов.Откуда берутся эти бесчисленные и бесконечно малые существа? Естественно, их появление и бурное развитие в воде, во всех экстрактах из органических веществ пытались снова объяснить внезапным и быстрым зарождением из неживого вещества.В середине XVIII века было начато разрешение этой проблемы, которое окончилось лишь 100 лет спустя благодаря работам Луи Пастера. Пастер был гением эксперимента, искусным испытателем живой природы. В 1862 году на дискуссии в Парижской академии наук Пастер доказал, что в поставленных им опытах микроорганизмы из неживой материи не возникали. Вот как рассказывал об этом сам Пастер на лекции, сопровождавшейся опытами, в Парижском университете Сорбонне1. «Вот, — говорил Пастер, — настойка из органического вещества, прозрачная, как дистиллированная вода, но в то же время легко подвергающаяся изменениям. Она была приготовлена сегодня. Завтра в ней уже появятся мельчайшие существа — инфузории или хлопья плесени.

1 Р. Валлери-Радо. Жизнь Пастера. М., Изд. иностранной литературы, 1950. стр. 92—93.

Я помещаю часть этой настойки из органического вещества в сосуд с длинным горлышком. Предположим, что я сначала кипячу этот сосуд, а затем остужаю его. Через несколько дней в этой жидкости появится плесень или инфузории. Прокипятив эту жидкость, я уничтожаю зародыши, которые, возможно, находились в жидкости или на поверхности стенок сосуда. Однако, как только эта настойка приходит в соприкосновение с воздухом, она немедленно изменяется, подобно всем настойкам.Теперь предположите, что я повторяю опыт, но, прежде чем кипятить жидкость, при помощи паяльной лампы вытягиваю шейку сосуда, не запаивая его отверстия. Затем я довожу жидкость в сосуде до кипения и охлаждаю ее. Жидкость в этом сосуде останется неизмененной не только в течение двух, трех, четырех дней, одного месяца или года, но в течение трех и четырех лет, так как вот уже четыре года, как у меня поставлен опыт такого рода, и жидкость до сих пор остается прозрачной. В чем же разница между этими двумя сосудами? Оба содержат одну и ту же жидкость, оба содержат воздух, оба открыты. Почему же в одном сосуде жидкость изменяется, а в другом не изменяется? Между этими двумя сосудами имеется только одно различие, а именно: в одном из них пыль, взвешенная в воздухе, и содержащиеся в ней зародыши проходят через горлышко сосуда и приходят в соприкосновение с жидкостью, в которой они находят пищу, обеспечивающую их развитие. Отсюда и появление микроскопических существ.В опыте же с другим сосудом, наоборот, невозможно или, во всяком случае, очень трудно, чтобы пыль, заключающая в себе зародыши, попала внутрь сосуда. Куда же она попадает? Она скапливается в изгибе шейки. Когда воздух по законам диффузии и вследствие разницы в температуре попадает в сосуд, то, если эта разница не особенно велика, он входит в сосуд достаточно медленно для того, чтобы содержащаяся в нем пыль и все плотные частицы, попадая в шейку сосуда, задерживались в месте сгиба.Этот опыт очень поучителен. Заметьте, что все, содержащееся в воздухе, кроме пыли, может легко проникнуть внутрь сосуда и прийти в соприкосновение с жидкостью. Представьте себе, что все, что имеется в воздухе, электричество, магнетизм, озон и все то, чего мы еще не знаем, все это имеет полную возможность прийти в соприкосновение с настойкой. Только одно не так-то легко может проникнуть в сосуд — это пыль, взвешенная в воздухе. Это очень легко доказать: стоит только раз встряхнуть сосуд, и через два-три дня в нем появятся инфузории и плесень. Почему? Потому, что движение воздуха было резким, и в своем движении он увлек за собой пыль.Следовательно, господа, я могу сказать, показывая вам эту жидкость: вот я взял эту каплю воды, полную элементов, которые необходимы для развития низших существ. Я жду, я наблюдаю, я спрашиваю, требую от нее, чтобы она начала свою основную созидательную работу. Но она молчит! Она молчит уже в течение нескольких лет, прошедших с момента начала этого опыта. И это потому, что я удалил из нее и удаляю до сих пор единственное, что не может создать человек; я удаляю из нее зародыши, носящиеся в воздухе, я удаляю из нее жизнь, так как жизнь — это зародыш, и зародыш — это жизнь! Никогда теория самопроизвольного зарождения не поднимется после того смертельного удара, который нанес ей этот простой опыт».Эту лекцию Пастер закончил так: «Нет, в настоящее время нет оснований, которые давали бы право утверждать, что микроскопические существа появились на свет не из зародыша и без участия родителей, сходных с ними. Те, кто это утверждает, стали жертвой иллюзии, жертвой неправильно проведенных опытов, где были допущены ошибки, которых они не умели избегнуть».

Дрожжи размножаются почкованием, бактерии — делением (А). Внутреннее тончайшее строение бактерий (Б)

Так Пастер опроверг предположение, что гниющие растворы и настои порождают микробов. Само гниение есть результат жизнедеятельности микробов, попавших извне в благоприятную среду.После опытов Пастера теория самозарождения организмов была похоронена.В 1892 году русский ученый Д. И. Ивановский в труде «О двух болезнях табака» впервые открывает так называемых ультрамикробов, или фильтрующихся вирусов. Ими были названы возбудители многих болезней растений, животных и человека. Вирусы устроены проще, чем любые микроорганизмы, некоторые из них имеют длину от 10 до 100 миллимикронов (тысячная доля миллиметра), то есть по размерам они занимают промежуточное положение между крупными молекулами белков и бактериями, и поэтому проникают через особые фарфоровые фильтры, которые задерживают микробов.Имея весьма простое строение, вирусы, как показали многочисленные опыты возникают лишь от вирусов, то есть при заражении.Таким образом, все известные нам организмы возникают в настоящее время только путем рождения от себе подобных.Когда, как и где началась на Земле жизнь? Эта величайшая проблема еще не решена наукой, но уже многое сделано для ее разрешения, для создания правильной материалистической теории происхождения жизни.В настоящее время уже доказана правильность слов Энгельса о том, что «...жизнь, обмен веществ... есть самосовершающийся процесс, присущий, прирожденный своему носителю — белку, процесс, без которого не может быть жизни»1.