учебники / Гаврилов В.П. «Путешествия в прошлое Земли»
.pdf30 км, т.е. вулканические горы там в два-три раза пре
восходят высочайшую вершину Земли - Джомолунгму
(по замерам китайскиХ ученых в 1975 г - 8848,13 м).
При этом гористое и покрытое многочисленными крате рами южное полушарие Марса в среднем на 5 км вЬШiе Шiоского северного. Исследование Шiанеты космически
ми аппаратами показало и то, что на этой Шiанете име
ются громадные вулканы. Самым крупным из них ока зался вулкан Олимп, поперечник его подножья состав
ляет 600 км, диаметр кратера 65 :км, а высота 25 км. На
вершине вулкана имеется круглая кольдера поперечни
ком 80 км. Эrо самая высокая гора в Солнечной систе ме. Известны вулканы на Марсе высотой до 20 км. Ко
нечно, полную аналогию проводить не следует, но все
же какое-то впечатление о древнейшем рельефе нашей
Шiанеты можно получить.
Процессы эрозии и образование обломков неизбежно повлекли за собой осаждение продуктов разрушения. По
видимому, эрозии подвергались в основном первичные
вулканические образования, о чем свидетельствует со
став самых древних пород, дошеДIIIИХ до нас. Первичная базальтовая кора испытывала главным образом верrикаль
ные движения. Понижения в рельефе суши и океаничес-
кого дна заполнялись продуктами разрушения. За мно-
гие десятки миллионов лет рыхлые осадочные образова-
ния скапливались в оrромных количествах, что приво
дило к их уплотнению и преобразованию в глубокомета морфические породы - гнейсы.
Древнейшие гнейсовые комплексы, прорваиные rра нитными интрузиями, образовывали своеобразные ку половидные структуры - овальные вздутия в теле Зем-
ли, имеющие в поперечнике от нескольких километров
до десятков, а иногда и сотен километров. Эrи купола не
имели отчетливой линейной ориентировки в плане, рас
полагались хаотично. Наиболее характерные структуры
s:
~
м
ш
2
3
о
а.
1::
a:l
ш
s:
a:l
ь
ш
~
~
8
51
IXI
2
~
~
r::
a::i
такого типа в древних комплексах известны в Северной
Америке в районе оз. Верхнего. Здесь вулканогенные
зеленокаменные породы и гранить1 (моlЩIОСТЬЮ до 12 км) образуют так называемую cepmo Киватин, изотоп
ный возраст которой от 2,6 до 3,3 млрд. лет. Такого же nma купола известны на Кольском полуострове, в Каре
лии, Сибири, Африке. Их называют овоидами, нуклеар
ными ядрами или просто нуклеоидами (<<нуклеос» -
ядро).
. Учитывая специфические геологические условия раз
. вития Земли в период накопления овоидов, Е.В. Пав ловский в 1962 г. предложил называть эту стадию нукле
арной.
Дальнейшее образование гранито-гнейсовых куполов
приводит к их слиянию. На базальтовом слое Земли фор
мируется новый, гранитный слой. Считается весьма ве
роятным, что в то время происходил общепланетарный
процесс нарастания гранитного слоя - паигранитизация
Земли. Практически весь земной шар был одет корой
континешального типа. По образному замечанию ака демика АН. Заварицкого, Земля покрылась <<гранитным румянцем)>. Мощность коры бьmа более равномерной, чем в наше время, и составляла 30-40 км (по мненто
некоторых ученых, мощность первичной коры не пре
вышала 5-10 км).
Итак, приблизительно 3,5 млрд. лет назад заканчива
ется формирование первичной коiПИнентальной земной коры. В дальнейшем она испытывает неоднократную переработку. Последующие геологические процессы раз
рушают, видоизменяют ее. Обнаружение остатков пер
вичной коры в сравнительно неизмененнам виде - до
вольно редкое явление. Все же геологи находят такие
участки и имеют возможность исследовать химический
состав, физические свойства, возраст этих древнейших
8 пород на Земле, которые донесли до нас очень ценную
52
геологическую информацию сквозь МИJUIИарды лет. С образованием первичной коры завершается ранний этап
геологической эвотоции планеты.
~ЕРВИЧНЫй БУЛЬОН· В ДРЕВНИХ ОКЕАНАХ
Характерной чертой ландшафта древней Земли была безжизненность суши и океанов. Ни шуршание листвы
или травы, ни всплеск рыбы или крик птицы не наруша
ли тишины. Только шум ветра и ударов волн о берег да
гул извержений вулканов, в которые вплетались также
частая дробь дождя и раскаты грома, были первыми зву
ками безмолвной планеты. Однако уже в тот <<мертвый
сезон>> органическая жизнь исподволь готовилась к за
воеванию воды и суши.
Предполагают, что самым древним организмам, най
денным в горных породах, было 3,5-3,2 млрд. лет. По данным немецкого ученого М. Шидловски, следы орга
нического вещества содержатся в породах с возрастом в
3,8 млрд. лет. Совсем недавно (2004 г.) в журнале Nature
появилась статья ученых из Стэндфордского универси
тета М. Тайса и Д. Лоува, где приводятся новейшие дан
ные о возрасте древних кораллов - сравнительно высо
коразвитых организмов. Он составляет 3,416 млрд. лет!
Появлению первых организмов предшествовал длитель- |
s: |
~ |
|
ный <<подготовительный>> период. Согласно предеmвлениям |
м |
академика А.И. Опарина, эвотоция жизни на Земле со |
|
стоит из двух стадий: химической и биологической. |
|
Химическая эволюция вещества во временном отно |
|
шении соответствует лунной и нуклеарной стадиям раз |
|
вития Земли. В первичных древних океанах наряду с вод- |
~ |
ным раствором неорганических солей содержались и раз- |
tcl |
нообразные органические соединения, способные всту- |
~ |
пать во взаимодействие между собой. |
r:§- |
Возникновение первичных органических соединений |
|
из неорганических могло произойти под действием элек- |
8 |
трических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Экспе
рименrальные данные подтверждают возможность син
тезирования органических соединений из газовой смеси метана, аммиака, водорода и паров воды под действием
тихих электрических разрядов.
Один из опытов подобного рода ставился следующим
образом. В сосуд, снабженный двумя моJШбденовыми эле:кrродами, наJШВаJШ аммиачную воду в объеме, рав
ном одной пятой жидкости сосуда, остальное простран
ство заполнялось смесью водорода и метана при темпе
ратуре +25 ос и давлении 0,1 МПа. Между электродами
пропускали импульсные элекrрические разряды. Через
сугки: в газовой смеси метан отсуrствовал, а в сосуде было
обнаружено более 25 различных аминокислоr. Среди них
были и те, из коrорых построены молекулы природных
белков. Опьrmым же пуrем бьши получены аминокис
лоты из примитивных углеродистых соединений с помо
щью короrковолновых ультрафиолетовыхлучей, способ
ных глубоко проникать в атмосферу ЗеМJШ.
Таким образом, для возникновения аминокислог - важнейших органических соединений, ЯRЛЯЮщихся ос новой для построения клетки, необходимо наличие при
митивных углеродистых соединений и короrковолновых
ультрафиолетовых лучей. В ранние периоды развития ЗеМJШ такие условия уже имелись. Эrо подтверждают два факта: наличие органических соединений в метеоритах,
лунном грунте, в атмосфере некоrорых планет и оrсут ствие <<Озонового щита>> у Земли в далеком прошлом, что
CD давало возможность коротковолновому ультрафиолето
~вому излучению беспрепятственно проникать до повер
g. хности планеты.
~Исследования последних лет обнаружили во внезем
сном пространстве разнообразный мир органических co-
a::i единений:углеводородов,спиртов, алддеrидов,эфиров,
•даже аминокислот, нуклеотидов и других ароматических
54
соединений с содержанием до 18 атомов углерода в мо
лекуле. В начале 80-х прошлого столетия годов английс
кий астрофизик Ф. Хойл и индийский асrрофизикЧ. Вик
рамасингх даже высказали предположение о том, что ос
новным компонентом межзвездной космической пыли
должна быть целлюлоза, спектр которой почти идеально
совпадает со спектром пьшевых облаков. Подобную же
спектрографическую характеристику имеют соединения,
состаRЛЯЮщие стенки бактериальных клеток. Некоторые
ученые видят в этом подтверждение идеи <<панспермии>>,
которая бьша распространена в XIX в. Согласно этой кон
цепции, зародыши жизни вечны и едины. Они содер
жатся в космосе: в облаках планетозималей, в пьши и
газах. Попадая в благоприятные условия, например на
Землю, первые микроорганизмы развиваются, исполь
зуя углерод, водород и другие химические соединения
абиоrенного происхождения.
Погоня за следами органической жизни в космичес-
ком пространстве приводит иногда и _к курьезным слу
чаям. Так, в конце прошлого века широко дискутирова
лось открытие организованных элементов, напоминаю
щих по форме наземные микроскопические водоросли и
бактерии, в каменных метеоритах. Пришлось создать
специальную комиссию для выяснения этого вопроса.
Бьшо установлено, что метеоритное вещество было <<за
ражено>> земными микроорганизмами в результате со
прикосновения его с веществом Земли.
Точные лабораторные исследования лунного грунта (реголита) обнаружили присутствие в нем водорода, ге-
лия, метана, аммиака и более сложных органических со-
единений. Аналогичные соединения бьши наЙдены в ве-
ществе некоторых каменных и углистых метеоритах, об-
Наружеины в атмосфере Юпитера и Сатурна, в головах
комет. И вот что интересно. Все эти внеземные органи
ческие соединения имеют симметричное строение, и их
ш
~
о
Cl.
t::
ш
ffi
В
~
r:§-
8
55
CD
2
:s;
а.
CD
~
с
a::i
молекулы опrически неактивны (т.е. не отклоняют плос
кость поляризованного светового луча), тогда как био
генные органические соединения того же состава имеют
несимметричное строение и опrически активны.
С течением времени органические соединения абио
генного происхождения все более и более насьпцали древ
ний океан, формируя, по образному выражеюпоАИ. Опа
р:и:на, «первичный бульон)>. Из хаоса взаимоперекрещива ющихся реакций водного раствора образуются многомо
лекулярные комплексные системы, которые в свою оче
редь оформляются в так называемые коацерватные кarum.
Возможность образования таких коацерватов опять-таки подтверждена лабораторными исследованиями.
Коацерваты представляли собой своеобразные моле
кулярные рои или кучи, которые, достигнув определен
ной величины, выделяются из общего раствора в форме
резко очерченных капель, обладающих внешней и внут
ренней структурой. Вьщелившись из <<первичного буль
она)>, коацерваты сохраняют способность взаимодейство
вать с внешней средой. Вещество, окружающее каплю,
не только поглощается ею, но и претерпевает в ней раз личные химические преобразования.
Экспериментальным пуrем бьmо показано, что если в
коацерваты, состоящие из полиглюкозы и гистона, вклю
чить соответствующий катализатор, а в окружающей среде
растворить фосфопроизводные глюкозы, то в каплю нач
нет образовываться крахмал и она станет расти. При до
полнительных включениях в капле другого катализатора
из нее вьщеляется мальтоза, которой ранее в среде не
бьmо.
Таким образом, коацерватные капли постепенно пре
вращались в системы, способные не только к самосохра нению, но и к росту, и к увеличению своей массы за счет вещества окружающей внешней среды. Такие систе-
8 мы, активно взаимодействующие с внешней средой, об-
56
ладающие динамической устойчивостью и способные не
только сохраняться, но и расти в условиях <(первИ'Пlого
бульона>>, АИ. Опаршi предлагает называть протобион
тами. Протобионты были гораздо более сложными орга
низациями, чем коацерваты, но на много порядков ниже,
чем самые примитивные живые существа.
Дальнейшая химическая эволюция в океанах привела
к усложнению структуры протобионтов и к возникнове нию предбиологических многомолекулярных систем, те, в свою очередь, эволюционировали в ДИК (дезоксирибо нуклеиновая кислота). ДИК построена из отдельных эле
ментов, называемых нуклеотидами. Кцдый из них со
стоит из сахаро-фосфатных групп и одного из четырех
азотистых основаюrй (аденина, тимина, rуанина и цито
зина). Дик обладала важными свойствами - метаболи
ческой инертностью, т.е. определенным консерватизмом
живой сиС'lемы. Вначале, в <(первичном бульоне>>, бьm воз можен только беспорядочный синтез нуклеотидов. С по
явлением ДИК произоiШiо закрепление внуrримолекуляр
ной структуры во вновь синтезировавпmхся нуклеотидах,
что обусловило определенную наследственность.
ДИК все более и более приспосабливается к решению
задачи точного самовоспроизведения и передачи наслед |
|
ственной информации. Она послужила основным мате- |
~ |
риалом для формирования клеток, в частности клеточ- |
~ |
ного ядра. Самые низкоорганизованные представители |
|
живых существ (бактерии, синезеленые водоросли) ха |
|
рактеризуются отсутствием истинного ядра в клетке. |
|
Ядерное вещество представляет собой сферические или |
|
скрученные образования, состоящие из ДИК и обладаю- |
~ |
щие характерными для ядра химическими свойствами. У |
а:1 |
~ |
|
этих организмов ДИК располагается в клетке свободно, |
~ |
не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Подоб- |
~ |
ные организмы получили название прокариоты, т.е. доя |
|
дерные. При делении таких примитинных клеток, веро- |
8 |
57
ятно, происходил простой распад ядерного вещества на
два дочерних фрагменrа. Более высокоорганизованные
организмы и одноклеточные, и многоклеточные имеют
настоящее ядро, окруженное мембраной и резко ограни ченное от цитоплазмы. Их назьmают эукариотами, т.е.
ядерными.
Появление клетки дает начало принципиально ново
му этапу в развитии жизни - биологической эволюции. Возникновение клетки потребовало огромного проме жуrка времени, смены бесчисленного множества поко
лений доклеточных существ.
Концепция А.И. Опарина о происхождении жизни на Земле является сегодня наиболее аргументированной, но не единственной. Наряду с возрождаемой идеей <(панс
пермии>> высказываются мысли о возможности попада
ния на нашу планету из космоса сложных органических
соединений, послуживших основой для формирования
живой клетки. Так, с новой гипотезой о происхождении
жизни на Земле выступила на 27-м МеЖдУНародном гео
логическом конгрессе (Москва, 1984 г.) группа нидер
ландских ученых. Опытным путем в гелиевом криоста
те, обеспечивающем космический холод и вакуум, уче ными бьmи получены сложные органические молекулы
(карбоксильные группы кислот, аминогруппы, мочеви на и др.). Предполагается, что подобные соединения могли
попасть на нашу планету в самом начале ее развития
(около 3,8 млрд. лет назад) при прохождении через пы
левые космические облака. Расчеты показывают, что за
а] время прохождения Землей типичного пьmевого облака
~(за 0,1-1 млн. лет) на ее поверхность может осесть 108-
а. 1010 т органического вещества, что превосходит совре
~ менную биомассу Земли. Микроскопические пьmинки,
~ покрытые слоем органических молекул, опустившись на
поверхность Земли, могли доставить подобным образом
8 строительные блоки будущих организмов.
58
с
cd
•
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПtLt::,[нo- |
|
41 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'/j1ш1а1А1й |
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пtp/IICКUй |
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дe«JJICCШii |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kмбpuiiaatii 70
570 АIЛН. f -
-
- 2,6 AlllpiJ.
"""
Pue. 6. Геохроналогическаятаблица, показывающаяэвалюцию Земли
и органической жизни.
ьо