Наши развилки. Развилки эволюции природы на пути к человечеству

Бескопыльный Валерий

Поворот эволюции Земли на Ранней магнитной развилке завершил подготовку планеты к образованию живых существ из неживой материи. Земля по мере своей эволюции приобретала к отметке около 4,1 млрд. л.н. те характеристики и условия, которые были необходимы для зарождения жизни и для её эволюционного усложнения.

3. БИОТИЧЕСКИЙ ЭТАП ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ НА ПУТИ К ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ

До рубежа около 4,1 миллиарда л.н. эволюция Вселенной по маршруту к человечеству происходила в неживой природе, не проявляя каким—то явным образом свой потенциал создания форм материи, способных осознать свое существование, исследовать окружающее пространство, тем самым активно сопротивляться вселенскому законы энтропии, т. е. тенденции разрушения любых объектов. Тем не менее, ретроспективный взгляд на ход развития природы через выше рассмотренные эволюционные развилки позволяет наблюдать нарастающее усложнение форм неживой природы со временем. Химическая эволюция вещества во Вселенной от водорода до урана и до образования огромнейшего числа их соединений привела к появлению нового направления развития природных форм, которое

называем биотическим. Существует много разных гипотез о возникновении живых организмов. Автор данных строк придерживается мнения тех ученых, которые доказывают абиогенное происхождение жизни, т. е. спонтанное превращение неживого вещества в живой организм. Такой процесс обозначается, словом абиогенез.

В тот момент, когда на Земле возник первый живой организм, эволюция природы совершила принципиальный, качественный скачок от геологического развития к биотической эволюции. Среди неживых объектов появились существа, которые стали интенсивно размножаться и успешно адаптироваться к окружающей среде. Тем самым повысилась вероятность появления людей, но первым живым организмам до этого события предстояло эволюционировать еще более 4 млрд. лет по антропному маршруту в границах Биотического этапа развития планеты. А что считать первым живым организмом, с которого начался Биотический этап эволюции Земли? Для этого следует сформулировать понятие жизни. В качестве наиболее общей формулы живого существа подходит определение Американского космического агентства НАСА, которое занимается помимо всего космического прочего, также вопросами поисков внеземной жизни. НАСА определяет жизнь как химическую систему, способную к дарвиновской эволюции. Речь идет о том, что комплекс молекул становится живым организмом, если он способен к наследуемости (созданию копий, репликации, размножению), обладает изменчивостью (копии в чем-то отличаются от родителей, имеют генетические мутации, которые передаются по наследству) и подвержен отбору (копии с разными изменениями имеют различную вероятность последующего копирования). Наверное, следует добавить к этому определению такое необходимое свойство для жизни, как способность получать и перерабатывать энергию, необходимую для выполнения всей этой работы.

Приведем еще одно определение (Толкачёва В.Ф.): «Жизнь – это часть процессов бытия объектов Вселенной, являющаяся симметричной реакцией на другую часть процессов во Вселенной, идущих с повышением энтропии. Жизнь характеризуется самосохранением и саморазмножением живых объектов путём самосовершенствования их структур в направлении повышения их устойчивости за счёт организации взаимодействия с другими объектами при их движении сквозь свою среду и относительно них с использованием собственной информации об уже совершившихся актах бытия…».

Первое определение характеризует саму жизнь, второе заслуживает внимание в основном потому, что указывает на важное свойство жизни – активно сопротивляться одной из главных сил во Вселенной – энтропии (упрощению говоря, беспорядку). Жизнь стремится создавать все более сложные системы, которые могли бы приспосабливаться к меняющимся внешним условиям, продляя тем самым время своего существования. Каждый живой индивидуальный организм существует недолго и распадается на исходные простейшие составные части – химические элементы. Однако общая система всех живых существ – жизнь – действует и эволюционирует в направлении бессмертия, т. е. сохранения сложных форм материи. Конечно, успехи жизни в борьбе с энтропией всегда являются привязанными к какому-то, скорее всего, локальному участку той или и иной галактики, и к определенному временному отрезку истории этого участка. Так что маловероятно, чтобы эволюция живой природы повлияла на эволюцию какой-то звездно-планетной системы, тем более целой галактики.

Все живые организмы на Земле выполняют перечисленные задачи с помощью трех классов сложных органических соединений: дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), рибонуклеиновых кислот (РНК) и белков. Биологическая роль ДНК заключается в хранении и воспроизведении генетической (наследственной) информации. РНК обеспечивает считывание этой информации и осуществляет синтез белков в соответствии с записанными в молекуле ДНК «инструкциями». В процессе строительства белков РНК выступает посредником между ДНК и белками. Белки – необходимый компонент каждой клетки организма, важная часть костей, мышц, хрящей, кожи и крови. Белки выполняют в организме разнообразные функции: транспортную, защитную, структурную, двигательную, рецепторную и другие.

Человечество на протяжении всего своего существования задавалось вопросом о происхождении жизни, на который пока не получено однозначного ответа. Скорее всего, люди никогда не узнают точно, череда каких событий и химических реакций создала сложнейшее соединение, способное к дарвиновской эволюции. К сожалению, даже, если в лабораторных условиях удастся создать живой организм, то и тогда это не станет доказательством именно такого происхождения жизни на Земле. Может быть, поэтому существует так много гипотез и даже ненаучных представлений на этот счет. Тем не менее, ученые не прекращают изучение происхождения жизни, и многие идеи уже нашли подтверждение в результате новых, передовых исследований. В данном обзоре приводится схематическое отражение наиболее научно обоснованной и разделяемой большинством специалистов версии появления и эволюции живых существ. Эволюция планеты на Биотическом этапе развития началась с Предклеточной или, по-другому называя, Допрокариотной развилки.

Эволюции Земли подошла к повороту на Предклеточной развилке, завершив подготовку всех условий для синтеза сложнейших химических соединений, способных продлять свое существование путем самокопирования, размножения. Еще раз отметим важную роль в эволюции Земли тектоники плит, которая наряду с другими процессами обеспечила обмен вещества между мантией, литосферой, гидросферой и атмосферой. Постепенно

обновлялся химический состав атмосферы и верхних слоев земной коры. На поверхности и в интервалах разных глубин появлялись новые горные породы и минералы. К моменту образования первых живых организмов в распоряжении природы находилось более 1500 разных минералов в виде твердых и расплавленных веществ, а также множество химических соединений в водорастворенном и газовом состоянии. Планета подобно огромному миксеру непрерывно перемешивала своё вещество, что приводило к возникновению все новых и новых вариантов взаимодействия химических элементов в самых разных физико-химических условиях. У этих объектов неживой природы уже были заложены зачатки тех свойств, которые превратятся у живых организмов в необходимые факторы, определяющие жизнь – наследственность и изменчивость. Базовым свойством наследственности является постоянство, а в основе эволюции лежит изменчивость. Минералы и иные не биотические соединения не имеют генов, но, тем не менее, обладают этими двумя важнейшими качествами: постоянством структуры и способностью изменять её, образуя многочисленные формы. Например, кальцит (CaCO3) имеет постоянную гексагональную кристаллическую решетку, но образует более 2000 комбинаций кристаллографических модификаций. Еще пример, все кристаллы снега (воды) сохраняют гексагональную структуру, но при этом формируют тысячи различных комбинаций ветвящихся структур. Способности минералов кристаллизоваться в разнообразные формы и наращивать размеры кристаллов эволюционировали в умение определенных обособленных химических соединений создавать свои копии. Естественный отбор также не является уникальным изобретением организмов. Так, в течение более 400 миллионов лет после образования Земли возникали удивительные по форме и свойствам минеральные соединения с разными способностями противостоять процессам разрушения. Естественным образом происходил отбор самых стойких химических образований, которые выделялись способностью длительно не разрушаться, увеличивать свой размер за счет наращивания граней кристалла или путем формирования минеральных агрегатов (друз) в виде сросшихся между собой кристаллов. Так, что основные свойства живых существ сформировались на основе базовых качеств химических форм неживой природы. Эволюционное преобразование неживой природы в первые живые организмы стало возможным благодаря движению земного вещества, что и обеспечивала, главным образом, тектоника плит.

Биотический этап эволюции природы являлся самым продолжительным и очень сложным периодом истории Земли. В течение более 4 млрд. лет череда многочисленных закономерных и случайных событий в неживой и живой природе прокладывала извилистый эволюционный путь к Человечеству. Начало Биотического эволюционного этапа совпало по времени с такими глобальными событиями, как: вступление планеты в третий тепловой этап, появление четвертой атмосферы и тяжелая астероидно-кометно-метеоритная бомбардировка. Эта часть антропного маршрута прошла через множество эволюционных перекрестков, из которых выбрано 38 важнейших развилок. Каждой из этих развилок посвящен отдельный раздел.

3.1. Предклеточная (Допрокариотная) развилка эволюции Земли на пути к человечеству. Зарождение жизни. Около 4,1 миллиарда лет назад

Все живые организмы созданы из тех же 92 химических элементов, из которых образована Земля, да и все объекты Вселенной, представленные обычным веществом. Химические элементы, возникнув миллиарды лет назад, последовательно участвовали во множестве природных экспериментов по созданию объектов, наиболее устойчивых к разрушающему влиянию процессов энтропии. Они напоминают маленькие детали гигантского конструктора, из которых создаются, разрушаются, вновь образуются разные вещественные формы. Весь этот вселенский процесс имеет генеральное направление из прошлого в будущее и от простоты хаоса к сложности порядка. Но эта общая тенденция прогресса включает сумму конкретных событий создания и разрушения сложных форм. Каждая конкретная попытка стать вечностью заканчивается распадом на составные элементы. В неживой природе происходит отбор форм материи на устойчивость. В живой природе подобным образом осуществляется эволюция организмов благодаря естественному отбору наиболее приспособленных особей. Эволюция является свойством жизни.

Наиболее древние свидетельства жизни в виде высокого содержания легких (биологических) изотопов углерода в минералах оцениваются возрастом 4,25 млрд. лет. В эти времена температура формирующихся океанов составляла ~200°С, но вода не кипела благодаря существованию тяжелой атмосферы, богатой высокоплотным углекислым газом. Возможно, эти ранние образцы биологических соединений выступают свидетелями одного из самых первых экспериментов природы по синтезу сложных, самокопирующихся молекул. Скорее всего, до появления удачного варианта органического репликатора существовало огромное число других версий химических соединений, которые не выдержали конкурса естественного отбора. Может быть, в эти первые десятки миллионов лет присутствия океанов на Земле еще не возникла та совокупность многообразных факторов, которые обеспечили не только появление эффективного репликатора [43] (пояснение термина можно смотреть по соответствующему номеру 43 в разделе "Ссылки…" в конце книги), но и предоставили условия для его размножения. Только к рубежу 4,1 млрд. л.н., т. е. спустя приблизительно 170 млн. лет после возникновения Мирового океана, развитие процессов в литосфере и, в частности, в океанической коре обеспечили счастливую совокупность условий для зарождения наших наипервейших предков – первых успешных вариантов протожизни.

43

Репликатор (от лат. replicatio – «возобновление») – неклеточная формой жизни, способная к репликации то есть к размножению, раздвоению с определёнными наследственными изменениями. В соответствии с теорией зарождения жизни первый репликатор являлся предком для всего живого.