Эволюция среды и жизни на Земле

Вещество синезеленых водорослей (пектины) отличается значительной химической стойкостью и вообще мало пригодно в качестве пищевого материала для каких‑либо животных или бактерий. По‑видимому, развившийся фитозоонланктон, состав которого мы пока раскрыли лишь отчасти, послужил пищевым субстратом, который определил возникновение в пресных и морских водах синийского периода жизненного никла в виде пени организмов, биологически связанных между собой, что обусловило появление животных более сложной организации. Если для зоопланктона фитопланктон является базой, то для более высокоорганизованных животных нужны были вещества, вырабатываемые тем и другим, в большей степени ‑ вторым. Поэтому необратимое общее изменение вещественного состава сред биосферы во все геологические времена с момента возникновения жизни влияло на микрожизнь, на бактерии, на микроводоросли на грибы и другие организмы, приспособительные свойства которых в общем вели ко все большему охвату разнообразных сред На базе этого микромира как пищевого субстрата в водных бассейнах развивались разнообразные организм в виде пеней, в которых представители одного звена поедались другим более сильным, хотя и не всегда более крупным.

Длительное отсутствие в протерозое животных в заметных количеств представляло собой загадку. Но эта загадка как будто разрешима.

Между вещественным составом фито‑ и зоопланктона имеется конечно, большая разница. Она, несомненно, была и в то далекое время, когда ход эволюции жизни только‑только привел к развитию зоопланктона ‑ той живой "мелочи", имевшей огромное значение в жизненном цикле, без которой животные более высокой организации еще не могли существовать. Потребовалось, по‑видимому, длительное время для развития разнообразного зоопланктона ‑ простейших животных, остатки которых мы находим теперь. Так, в слоях позднего синия местами в составе отложений морских карбонатных пород присутствуют мощные слои, сложенные мельчайшими округлыми известковыми тонкостенными образованиями, внутри которых мы находим или только вторичный кальцит, или кальцит и битумоподобное остаточное органическое вещество. Их нельзя принять за минеральные образования и трудно еще принять за остатки организмов, хотя ничем иным они не могли быть.

Особи, составлявшие жизнь докембрия, были очень мелки. Они имели микроскопические размеры, и их остатки нам удается различать по большим скоплениям, закрепленным в ископаемом состоянии процессами минерализации, окаменением. Строматолиты, часто огромные известковые тонкослоистые тела, которые многими исследователями принимались, да и теперь принимаются за остатки крупных живых существ не то растительного, не то животного происхождения, в действительности оказались именно скоплениями огромных количеств окаменелых микротел ‑ клеток и тел микроскопических водорослей, развивавшихся тончайшими пленками жизни на поверхностях субстратов слой за слоем, год за годом, тысячелетиями. Между тем микроскопическое изучение строматолитов показало огромное разнообразие их строения, и, что очень и очень важно, быструю смену одних породообразующих видов водорослей другими. Эволюция и в протерозое шла быстрыми темпами, с сильным проявлением естественного отбора в условиях непрерывно менявшей свои свойства среды.

Далек был путь от первичных комочков жизни ‑ археобионтов до закрепившихся в водных средах биосферы видов бактерий и бактериеподобных, до первых одноклеточных представителей фитопланктона! Не менее длинным был путь развития из тех же первичных комочков белковых веществ первых представителей микроскопического зооплактона; на это по существу ушло в истории жизни на Земле более двух миллиардов лет.

Появление в позднем докембрии червей, хиолитов и других ранних представителей более "высокоорганизованных существ заставляет считать, что зоопланктон только к этому времени развился достаточно и стал разнообразным и в морфологическом и в биохимическом отношениях, чему способствовала его пищевая база ‑ микроскопический фитопланктон и фитобентос водных бассейнов протерозоя. Так удлинялась биологическая цепь жизни, удлинялись циклы жизни в древнейших средах, дававшие в отдельные моменты геологического времени более крупных и анатомически и биохимически сложных представителей жизни, которые лишь в ничтожной доле попадают в виде окаменелых остатков к палеонтологу.

Ничтожно малая частица "смеси" исходных белковых веществ превратилась в бесконечное многообразие таких же малых частичек жизни с колоссальным многообразием их свойств, морфологии и жизнестойкости. Несомненно, огромные запасы исходных сложных углеродных соединений осваивались жизнью и были вобраны ею в круговорот полностью. Они стали живым веществом Земли. Поэтому понятно, что в более поздние времена новые формы жизни уже не возникали.

Развитие углеродных соединений химическим путем в сторону усложнения до стадии белковых должно было иметь свои скорости и занять большой этап геологического времени. Развитие микроскопических форм разного строения могло произойти только в результате эволюции белковых веществ и физиологических и морфологических изменений организмов. При этом в бесконечной смене особей шла не только смена поколений, но и формирование видов, родов, семейств, соответственно их приспосабливаемое к условиям среды и к сообществу друг с другом. Выявлен медленный темп повышения размеров тел организмов, наиболее совершенных для соответствующих этапов геологического времени.

Остаточное органическое вещество, часто захороненное в горных породах вместе со скелетными образованиями форм древней жизни, возможно, содержит осколки молекул первичного его состава. Можно выразить надежду, что развитие биохимической науки поможет нам распознавать исчезнувшие в ходе эволюции жизни на Земле формы по вещественному их составу, по комплексам микроэлементов, содержащихся в ископаемых остатках. Важнейшую роль при этом играет закон единства организма с условиями его существования, а также фактор количественных соотношений между компонентами среды. Поэтому по организму мы уже смело говорим теперь о свойствах среды, а по признакам "ископаемой" древней среды ‑ о возможных проявлениях жизни в ней.

По существу все организмы сложны. Их жизнепроявления состоят в образовании вещества, построенного из "тяжелых" сложных молекул с огромным молекулярным весом по сравнению с веществами косной мертвой природы. Ничтожное изменение в свойствах среды влияет на организм, вызывая у поколения за поколением перестройку каких‑то молекул, каких‑то органов или тканей, исполняющих их функции, и это приводит к изменению затем и внешних морфологических черт. Когда мы говорим о "направленности" таких изменений, то мы, конечно, имеем в виду, что естественный процесс, пока к нему не прикасалась рука человека, шел и идет стихийно, с одновременным существованием и низших и высших, а главное в комплексах, во взаимосвязи со средой и между собой, тогда как мы, в наших интересах, прослеживаем, например, иногда только развитие высших.

В основе существования жизни лежит зародышевая клетка и индивидуальное развитие особей в их поколениях. Простейшие формы жизни и во взрослом состоянии особей неотличимы от зародышевой клетки. Сложные многоклеточные организмы проходят в своем индивидуальном развитии часто много промежуточных по уровню жизни этапов, повторяя при этом в ускоренном темпе морфологическое развитие данной ветви жизни, пока не появятся признаки вида. Это так называемый закон рекапитуляции, закон повторения признаков предков в развитии каждой особи, много давший зоологам и ботаникам и ставший важнейшим теоретическим положением при изучении палеонтологами ископаемых организмов. Этот закон позволяет воссоздавать ход эволюции жизни и понять, в конечном счете, как отдельные этапы ее развития в прошлом, так и возникновение того мира живых существ, среди которого мы живем. Поэтому он обычно и именуется основным биогенетическим законом.

Материалы по ископаемым организмам от начала кембрия давно стали основой выделения этапов геологического времени; для действительной меры времени и длительности этих этапов абсолютная геохронология дала цифровую характеристику и продолжает давать к ней поправки и дополнения.

Глядя на схему развития жизни на Земле, можно прийти к мысли об усилении геологических процессов на Земле в ходе времени, о постепенном ускорении ее развития вплоть до современности: для четвертичного периода (антропогена) эта длительность определена около 1 млн. лет. Но это ложное впечатление. В действительности земная кора в ходе геологического времени постепенно как бы успокаивается, процессы складкообразования, фазы и площади вулканизма сокращаются. Прежние складчатые области земной коры "захватываются" режимами платформенного типа, со спокойными, только вертикальными движениями и т. д.

Сокращение этапов геологического времени обусловлено способом выделения их при помощи палеонтологических материалов. Оно отражает действительное убыстрение хода эволюции живого населения Земли. Причина этого убыстрения достаточно ясна. Поскольку в эволюции жизни сказывается эволюция многих факторов ‑ среды в геологическом ее понимании, условий жизни организмов, пищевого субстрата, биохимических процессов, живого вещества организмов и их органов, то суммарное действие этих факторов приводило и приводит к ускорению изменений формы организмов, их размеров, способности к миграции и т. д.

Органическая жизнь на Земле активно вмещалась в ход геологических процессов. Она проявила себя как фактор изменения самой среды, образовав атмосферу за счет элементов, до того находившихся в связанном состоянии. Она стала мощным геологическим фактором, поскольку активно участвовала и участвует в породообразовании, в отложении вещества многих осадочных горных пород и руд, нефти и газов, поскольку она влияла на изменение глубины бассейнов и т. д. В общем, раз появившись в биосфере, бактериальный мир менялся морфологически очень мало, совершенствуясь в основном биохимически и физиологически. Только с появлением высших организмов растительного и животного мира в массовом развитии он дал и дает множество новых форм сапрофитного и паразитического рядов, в том числе болезнетворных.

Мир растений, существующий с архея, был длительно представлен только водными и отчасти почвенными формами. Размах водорослевой жизни в протерозое был неповторимым по своим проявлениям и по породообразующей роли этой группы организмов благодаря огромным запасам углекислоты. Эволюция вещества спор, приобретение ими относительно прочной оболочки позволило растениям выйти на сушу, где в разнообразных условиях жизни их эволюция ускорялась обилием солнечной энергии, развитием почвенных процессов и т. д.

К началу палеозоя живое зеленое вещество Земли удалило из палеоатмосферы все ее запасы углекислоты, которая частично сохранилась в растворенном состоянии лишь в глубинах вод гидросферы. Для наземных растений палеозоя и более поздних эпох это обстоятельство временами ставило предел их количественному развитию. Поэтому наземные флоры в палеозое и позднее оказывались подчиненными некоторому ритму, отчасти установленному геологами по эпохам углеобразования на Земле. Сущность этого ритма, по‑видимому, состоит в тесной связи с выбросами углекислоты в атмосферу в эпохи вулканизма и массовым развитием живого вещества фотосинтезирующих организмов в соответствующий этап геологического времени.