ЛИБРИО    

Читать "Возникновение и развитие жизни на Земле" - Войткевич Георгий Витольдович - Страница 1 -

Г. В. Войткевич

Возникновение и развитие жизни на Земле

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Серия « Планета Земля и Вселенная» ( Основана в 1977 году)

Ответственный редактор доктор геолого-минералогических наук А. И. ПЕРЕЛЬМАН

Рецензенты:

доктор геолого-минералогических наук Г. И. НЕМКОВ

доктор геолого-минералогических наук И. Н. САФРОНОВ

Предисловие

Проблема происхождения жизни актуальна в современном естествознании. По ней ведутся интенсивные исследования в различных научных центрах нашей страны и за рубежом. Огромное количество разрозненных эмпирических данных требует новых подходов, новых принципов обобщения. Проблема происхождения жизни является комплексной, и ее решение становится не под силу одному человеку. В процессе подготовки и написания этой книги автор хорошо усвоил слова выдающегося английского физика и натуралиста Дж. Бернала (1901—1971) о том, что любое решение проблемы происхождения жизни, предложенное отдельным человеком, каким бы образованным и талантливым он ни был, неизбежно будет пристрастным и уязвимым для критики, потому что оно будет основываться на идеях или предполагаемых фактах, относящихся частично к тем областям науки, с которыми он непосредственно незнаком.

Несмотря на то что над проблемой происхождения жизни работают преимущественно биохимики и специалисты в области молекулярной биологии, решение ее не может быть достигнуто без участия исследователей, которые заняты изучением среды возникновения и развития жизни, т.е. геологов, палеонтологов, геохимиков и др. Крайне необходимым является также привлечение данных современной космохимии.

В 1976 г. автор данной книги писал: « Основные предпосылки появления жизни на Земле были созданы в конце остывания первичной газовой туманности. На последних этапах остывания в результате каталитических реакций биофильных элементов образовались многочисленные органические соединения, обусловившие появление генетического кода и саморазвивающихся молекулярных систем.»

Возникновение Земли и жизни представляло собой единый взаимосвязанный процесс — результат химической эволюции вещества Солнечной системы.

Успехи науки, появление новых эмпирических данных в геохимии, космохимии, экспериментальной биохимии вполне подтверждают это положение. Развитию Жизни на Земле посвящено много книг, в том числе и научно-популярных. Тем не менее последние открытия в области микропалеонтологии и геохимии изотопов позволяют заново описать увлекательную историю развития жизни на Земле. Это и воодушевило автора к написанию настоящей книги, в которой с новых позиций рассматривается проблема происхождения жизни.

Современная биосфера Земли и ее население

Да, несомненно, можно утверждать, что все страны света доступны для жизни. Озера с пресной водой, скрытые в недрах вулканических гор, источники горячих минеральных вод, глубины океана, верхние области атмосферы, поверхность самых вечных снегов — всюду мы находим организованные существа.

Ч. Дарвин

Живые организмы совместно со средой обитания, с которой они неразрывно связаны путем обмена веществ и энергетически, образуют особую оболочку Земли — биосферу. Современная биосфера нашей планеты со всем ее населением явилась результатом длительной эволюции живого вещества и изменения всей окружающей среды.

Представление о биосфере впервые было освещено в трудах знаменитого французского натуралиста Ж. Б. Ламарка (1744—1829). В геологические науки биосфера была включена по инициативе австрийского геолога Э. Зюсса (1834—1914). Однако глубокое учение о биосфере как качественно особой в энергетическом и геохимическом отношении оболочке Земли было развито в нашей стране выдающимся натуралистом В. И. Вернадским (1863—1945). В дальнейшем это учение пополнилось новыми идеями, разработанными А. П. Виноградовым, В. В. Ковальским, А. А. Полыновым, А. И. Перельманом и другими, главным образом советскими, учеными.

Биосфера представляет собой сложнейшую организацию материи, в которой различные ее неорганические формы движения связаны с живым веществом. Миллионы видов организмов, существующих в биосфере, живут не сами по себе, а в закономерных ассоциациях многочисленных особей — биоценозах. По существу, зарождение первых живых организмов на нашей планете было появлением биоценозов. Иначе говоря, любая форма жизни связана с определенной средой, и, таким образом, проблема происхождения жизни есть проблема происхождения биосферы.

Для каждого организма обмен с внешней средой стал непременным условием его существования. По-видимому, всю биосферу нашей Земли следует понимать как ту часть ее материи, которая обменивается с живым веществом. По отношению к среде своего обитания все живые организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. К автотрофным организмам относятся те, источником питания которых служат неорганические минеральные вещества. Наиболее типичным процессом автотрофного питания является фотосинтез, когда с помощью солнечного луча создаются органические вещества из углекислого газа и воды окружающей среды. Для гетеротрофных организмов источник питания — готовые органические вещества. Нетрудно себе представить, что к автотрофным организмам относятся зеленые растения, а к гетеротрофным—животные. Однако следует отметить, что в биосфере существует небольшая часть микроорганизмов, сочетающих в себе автотрофный и гетеротрофный способы питания. Такую промежуточную форму организмов между растениями и животными представляют собой жгутиковые — эвглены, сохраняющие хлорофилл и обладающие автотрофным способом питания, а некоторые из них в зависимости от условий среды и освещения меняют автотрофный способ питания на гетеротрофный.

Большинство организмов современной биосферы относятся к аэробным, живущим в присутствии свободного кислорода атмосферы Земли; значительно меньшая часть, куда входят микроорганизмы,— к анаэробным, обитающим вне кислородной среды.

Живые организмы расселяются по условиям своего обитания в самых верхних слоях планеты: атмосфере, гидросфере, почве, осадочной оболочке — стратисфере. Организмы в биосфере образуют резко различные концентрации — от единичных бактерий и спор на кубометр атмосферного воздуха до мощных тропических лесов экваториального пояса планеты и следов жизни в пучинах Мирового океана.

Совокупность живых организмов образует единое целое — живое вещество планеты, ее биомассу. Общее количество биомассы и ее распределение между сушей и морем, по данным советских ученых Н. И. Базилевич, Л. Е. Родина и Н. Н. Розова, представлено в табл. 1. Нетрудно видеть, что биомасса организмов суши (континентов) едва ли не в 800 раз превышает биомассу Мирового океана. Естественно заключить, что выход организмов на сушу в середине палеозойской эры привел к значительному увеличению всей биомассы Земли со всеми вытекающими биогеохимическими последствиями. В свое время В. И. Вернадский пришел к выводу о постоянстве биомассы в течение всей истории Земли. Однако этот вывод в настоящее время следует принимать весьма условно.

Поскольку условия для жизни в Мировом океане были наиболее благоприятными, можно считать, что гидросфера Земли отличалась постоянством биомассы на всем протяжении ее существования. В данном случае общее количество массы живого вещества определялось площадью поверхности Мирового океана — величиной, очевидно, изменчивой и зависящей от геологического развития земной коры.

Все организмы нашей планеты теснейшим образом связаны с водой. Как писал известный немецкий физиолог Р. Дюбуа (1818—1896), организм является одушевленной водой — eau animale. Для живого организма связанная вода, не теряющая своих основных свойств, является непременным составным компонентом. Количество ее в живых организмах, за исключением спор и инертных семян, колеблется от 60 до 99,7 % по весу. Вода играет огромную роль в жизнедеятельности организмов. У высших животных больше всего насыщены водой интенсивно функционирующие органы. Если в скелете 22% воды, в мышцах 76,6, то в сердце содержание воды повышается до 79,3, а в коре полушарий головного мозга достигает 83,3%. У молодых организмов в период интенсивного роста количество воды превышает 90%, а у взрослых падает до 50%. Из низкоорганизованных наиболее ярким примером являются медузы, количество воды в них 99,9% по весу. Но медузы — тела сложные, подвижные в морской среде. В то же время фауна моря более разнообразна по числу классов животных, чем фауна суши.

1 Перейти к описанию Следующая страница{"b":"255536","o":1}

Исследователь из Стэнфордского университета попросил группу кандидатов наук по литературе прочитать роман Джейн Остин (Jane Austin), находясь внутри аппарата магнитно-резонансной томографии (МРТ). В результате обнаружилось, что аналитическое чтение литературы и чтение просто ради удовольствия обеспечивают различные виды неврологической нагрузки, каждый из которых является своего рода полезным упражнением для человеческого мозга.

Исследование проводилось под руководством специалистов Стэнфордского университета, занимающихся изучением когнитивной и нервной деятельности мозга. Однако сама идея подобного исследования принадлежит специалисту по литературному английскому языку Натали Филипс (Natalie Phillips), которая пытается выяснить, каково истинное значение изучения литературы. Помимо получения знаний и связанных с конкретным произведением культурных аспектов, исторических фактов и гуманитарных сведений, заложена ли в чтении какая-либо ощутимая польза для человека, которая поддается оценке?

Получается, что этот процесс можно зафиксировать – по крайней мере, определить, как при чтении происходит циркуляция крови в мозге. Эксперименты были построены таким образом, чтобы люди, находящиеся в камере аппарата МРТ, смогли прочитать главу из романа Джейн Остин «Парк Мэнсфилд» (Mansfield Park), текст которой проецировался на монитор внутри камеры. Читателей попросили делать это двумя способами: как если бы они читали ради удовольствия, а также провести критический анализ текста, как это делается перед сдачей экзамена.

Аппарат МРТ позволяет ученым наблюдать циркуляцию крови в мозге, и то, что они обнаружили, показалось им особенно интересным: когда мы читаем, кровь поступает в области мозга, которые находятся за пределами участков, отвечающих за управляющие функции. Кровь поступает в участки, связанные с концентрацией мышления. Ничего удивительного в этом нет – для чтения необходимо умение сосредоточиться – однако, было обнаружено, что для аналитического, подробного чтения требуется выполнение определенной сложной когнитивной функции, которая обычно не задействована. По словам ученых, при чтении обоими способами включается когнитивная функция, которая ассоциируется не только с «работой» или «игрой».

Более того, исследование показало, что при одном только переходе от чтения «для удовольствия» к «аналитическому» чтению происходит резкая смена видов нервной деятельности мозга и характера кровообращения в головном мозге. Видимо, по результатам исследования можно будет сделать вывод о механизмах влияния чтения на наш мозг и активизации таких его функций, как способность к концентрации и познанию. А пока исследование подтверждает то, что вы и так уже знаете еще с тех времен, когда учительница в начальных классах твердила вам, что читать полезно для мозга.