3. Концепції початку і еволюції життя

Оскільки життя з'явилася напевно, коли з'явилася перша клітина, то відлік життя необхідно вести від клітини. Життя клітин формувала навколишнє середовище і самих клітин, так стверджує основна гіпотеза у вченні про біосферу В. І. Вернадського. Клітини, спочатку примітивні і недиференційовані по можливостях і здібностях, все ж таки трохи (Флуктуативно, як це належить для виникнення всього нового і незвичайного) по цих функцій, тобто здібностям і можливостям, відрізнялися.

У первісну епоху атмосфера Землі складалася з вулканічних газів, отруєних метаном і аміаком, не було тоді ні кисню, ні вуглекислого газу - нічого іншого, що необхідно для підтримки життя (подробиці див у книзі академіка Е. М. Галімова. «Феномен життя» , 2001). Без ризику помилитися, можна стверджувати, що тільки в океані могла розвинутися життя, в якому вона представлена ​​незліченним розмаїттям форм, починаючи з що з'явилися, щонайменше, 4,2-4,0 млрд. років тому і закінчуючи сьогоднішніми, що знаходяться в єдності з минулим.

Океан того часу представляв собою щось на зразок органічного бульйону, в якому могло відбуватися все те, що призвело в кінцевому підсумку до утворення клітини. Але життя навіки залишилася пов'язаної з океаном. В організмах більшості морських безхребетних циркулює розчин іонів, який, по суті, є морською водою. Кров хребетних за іонним складом близька морській воді, розведеної у 3-4 рази, що, за припущенням ряду вчених, відповідає складу морської води далекого минулого, того, коли у наших предків утворилася закрита система кровообігу.

Планктон, перш за все синьо-зелені водорості (перші одноклітинні організми), які існують і понині, в допалеозойских еру наповнив атмосферу киснем (але не виключаємо, що кисень міг надходити з надр Землі, відповідно до гіпотези російського геофізика О. Сорохтіна, як ми вкажемо в наступному пункті) в кількості, достатній для еволюції багатоклітинних вже за 10 млн. років до кембрійського періоду, тобто 600-650 млн. років тому. Скелети і раковини найдрібнішого одноклітинного планктону - радіолярії і форамініфери - сформували в той період дно Світового океану.

Наступним кроком в еволюції багатоклітинних організмів слід вважати виникнення рослин і тварин. Це відбувалось у кілька етапів. На першому етапі клітини просто об'єднувалися в колонії, в якій кожна клітина залишалася відносно самостійною. У колонії, наприклад, у португальському кораблику, виникла спеціалізація клітинних організмів. Принаймні, у португальському кораблику таких різновидів спеціальних організмів чотири: перший виконує функції плавця, другий щупальця - знаряддя лову, третій - травного тракту, і четвертий відповідає за функцію розмноження.

У міру подальшої «спеціалізації» живі організми, що входять до складу більш великого організму, втратили свою індивідуальність. У нього стала утворюватися порожниста сфера, що має два шари: ентодерми (внутрішній шар) і ектодерми (зовнішній шар), і ротовий отвір, що веде до центральної, травну, порожнину. Така елементарна структура, що є основою будови тіла всіх кишковопорожнинних, наприклад, медуз.

Структура тварин удосконалювалася, утворювався середній шар - мезодерма, і сформувалася порожнину тіла (як у черв'яків). Пізніше з ектодерми утворилися нервова система та інші органи. Спочатку ж відбулася його перебудова, а саме, виник шар, що захищає м'які тіла тварин (кишковопорожнинних), але не призвів до утворення непотрібних їм у водах океану тканин. Це сталося пізніше і за участю мезодерми: коли почалася міграція живих істот з океану, тоді розвинувся внутрішній скелет (з'явилися хордові, хребетні).

Всю історію, еволюцію організмовому життя, можна простежити в трьох вимірах. По-перше, в діахронному, або тимчасове, вимірі. По-друге, в синхронному вимірі, вважаючи, що всі або майже всі форми життя, які коли-небудь існували, існують і тепер. І, по-третє, в мінрохронном вимірі, що обумовлено рекапітуляція (повторенням) предкової форм в індивідуальному розвитку ембріонів більшості нині живих організмів.

У першому вимірі життя постає по вертикалі, по часовій шкалі, в другому вимірі життя постає як би по горизонталі, починаючи шлях від найпростіших організмів до найбільш складним, а от третій вимір стискає всі ці епохи життя до періоду виношування плоду.

Біологічні науки точно встановили, що в першому, в діахронному вимірі, в палеозойську еру, в докембрійський період (епоху) (не раніше 600 млн. років тому) з'явилися губки; в кембрійський (500-600 млн. років тому) - трилобіти, молюски і перші ракоподібні; в ордовик (425-500 млн. років тому) - двостулкові молюски, наутілонди і перші хребетні, перші риби; в силурийский період (405-425 млн. років тому) - коралові рифи; в девон (345-405 млн . років тому) - численні риби і земноводні, поява комах; в кам'яновугільний період (280-245 млн. років тому) - гігантські комахи; в пермський період (230-280 млн. років тому) вимирають трилобіти, процвітають плазуни. У мезозойську еру в тріасі (181-230 млн. років тому) - з'являються перші ссавці; в юр і крейда (63 - 181 млн. років тому) - час розквіту і вимирання динозаврів. І, нарешті, в кайнозойську еру в третинному періоді (1-63 млн. років тому) ссавці поширилися на суші, і в ранньому четвертинному періоді з'явився чоловік (близько 5-1 млн. років тому), який пережив чотири льодовикових періоду в ці роки становлення і змужніння.

Можна відзначити два видатних моменту у зазначеній еволюції. Перший - походження хребетних від простих сидячих (нерухомих) форм, що з'явилися шляхом фільтрації, і другий момент - перехід від риби до земноводному. Тіла сидячих організмів, практично травна система, прикріплялися ніжкою до морського дна, тоді як інші ніжки направляли плаваючі харчові частинки в ротовий отвір. У ході еволюції удосконалювався їх апарат фільтраційного живлення, так що, врешті-решт, він перетворився на ряд зябрових щілин, первинною функцією яких було не дихання, а живлення. У якийсь момент еволюції після брунькування і освіти личинок, пересуваючись у пошуках відповідного місця, личинка з великою головою із зябрами і м'язистим хвостом, посиленим поздовжньої желеподібної хордою - кого наявний нотокорд (прообразом хребта), швидко переходила на дорослу форму покривники, яка не завжди супроводжувалася сидячій стадією, а іноді замінялася на вільно плаваючу.

Сполучною ланкою між рибами і земноводними є целакант (родич кистеперих риб). У целакантів з парних плавників розвинулися кінцівки, тоді ж утворилося щось на кшталт легенів, внаслідок чого вони пристосувалися для дихання і пересування на суші, тому й змогли розвинутися земноводні.

У другому, «синхронному» вимірі еволюції, можна взяти, наприклад, складну, з відгалуженнями харчовий ланцюг. Тоді ми побачимо, як дрібні рослини, діатомние водорості і всілякі жгутикові, які й становлять фітопланктон, плавають у поверхневих водах, як дрібні тварини - весільного рачки, криль або личинки крабів - поїдають цей фітопланктон. А їх, у свою чергу, поїдають більші риби, наприклад, скумбрія або оселедця, що закінчують своє існування в шлунках ще більших риб, таких як тунець чи меч-риба. Взагалі, тільки одна риба з 10 000 не закінчує своє життя в пащі інший. Можна також, в синхронному вимірі, розташувати всі живі істоти в залежності від місця проживання і т. д.

У третьому, мікрохронном вимірі, найбільш вражаючим є розвиток зародка людини. Зародок проходить всі стадії найдрібнішого істоти, схожої на пуголовка, хордових, хрящового анімалькуля, перш ніж стане хребетним, і стадії організму, дихаючого зябрами, перш ніж з'являться легені. У кожної з стадій цього швидкого розвитку є відповідна минулого просторово-часова точка (прямо можна сказати - світова точка в просторі Мінковського). Так, наприклад, у плода людини серце розвивається як просте розширення головного кровоносної судини. Розширений ділянку розділяється на чотири частини, розташовані одна за одною. Потім посудину перекручується назад і набуває кулясту форму (куля найбільш досконала симетрична форма з просторових), причому два відділи складаються (вушка передсердь) над двома іншими (шлуночками). Це і є серце.

Таку ж складну, з трьох вимірі, модель можна побудувати і для всієї біосфери, включаючи океани, де життя зародилося, прісноводні водойми, де вона розвинулася так потужно.

Розгортання життя. Дарвінізм і неодарвінізм. Перша теорія еволюції була сформульована на початку XIX століття Жаном Батистом Ламарком - видатним натуралістом-самоучкою, тим, хто ввів термін «біологія». Ламарк зробив сильний вплив на Чарльза Дарвіна. Але цей вплив вже практично було відсутнє, коли Дарвін опублікував свою теорію в 1859 р. у фундаментальній праці «Походження видів шляхом природного відбору, або збереження обраних порід в боротьбі за виживання». До речі, в іншому варіанті додаток до першого, головному назвою перекладається так: «Збереження обраних рас у боротьбі за виживання» (з латини перекладається як раса рід, порода). Слід зазначити, що одночасно з цією книгою була опублікована також стаття іншого англійця Альфреда Уоллеса «Про прагнення різновидів нескінченно віддалятися від початкового типу», в якій викладалися погляди, абсолютно схожі з поглядами Дарвіна, однак без будь-яких претензій Уоллеса на пріоритет, який він беззастережно віддавав своєму більш іменитому земляку. Теорія Дарвіна грунтувалася на двох ідеях: випадкові мутації і природний відбір. Центральна думка дарвінізму полягає в тому, що всі живі організми мають спільний початок, спільне походження. Різниця між класичною теорією еволюції (дарвінізм) і новими теоріями (неодарвінізм) полягає в різному підході до розгляду динаміки еволюції. Згідно з твердженнями Дарвіна, спадкові характеристики передаються нащадкам від їхніх батьків по 50% порівну в першому поколінні; таким чином, у другому поколінні успадковується лише 25% характерних ознак і т. д. У цьому відношенні класична теорія Дарвіна мала явний дефіцит (званий «кошмар Дженкінса », по імені англійського інженера Дженкінса, який звернув на нього увагу вченого світу), не узгоджуючись з реальним життям. Проповідниками Дарвінському вчення стали Ернст Геккель і Герберт Спенсер, особливо останній закріпив у ньому термін еволюція, хоча сам Дарвін вважав за краще це поняття не вживати.

Рішення останньої проблеми прийшло разом з відкриттям Менделем у 1866 році механізму передачі спадкових ознак (але, як відомо, робота Менделя і його закони залишалися непоміченими в наступні 40 років, до їх пере відкриття). Комбінація ідей Дарвіна про поступові еволюційних змінах живих організмів з генетичним механізмом Менделя і відбувається в теорії, що носить зараз назву неодарвінізм, або синтетична теорія еволюції. І в дарвінізму, і у неодарвінізму є слабка ланка в їх теоретичних побудовах - повинність поступового безперервної зміни живих організмів.

Як показують дослідження викопних організмів, в історії життя існували періоди тривалістю в сотні тисяч років і більше, протягом яких не спостерігалися зміни організмів. Період бурхливого зміни живих організмів на Землі почався приблизно 1 мільйон років тому. У зв'язку з цим виник новий напрям у теорії - системні уявлення еволюції. У цій теорії можливо спонтанне утворення нових форм живих структур. Джеймс Ловлок і Лінн Маргуліс розвинули теорію Гея - Землі (ГЗ), яка в загальних рисах полягає в тому, що не можна розглядати розвиток живих організмів у відриві від розвитку, мінливості навколишнього середовища. Згідно ГЗ - теорії, немає окремих живих організмів, є в цілому глобальна система, яка живе, розвивається, еволюціонує.

Еволюція через симбіоз. У мікробіології вважається, що фундаментальне розподіл форм життя полягає не в поділі на тваринні та рослинні форми, а розподіл цих форм по виду клітин - ядерні (еукаріоти) і без'ядерні (прокаріоти). Бактерії, найпростіші форми життя, не мають клітинного ядра і тому називаються прокаріотами, тоді як клітини, які містять ядра, називаються еукаріотами. Однією з ключових гіпотез сучасної теорії еволюції є гіпотеза Лінн Маргуліс про симбіоз. Симбіоз - це тенденція різних організмів жити в тісній співдружності з іншими організмами і часто жити усередині інших організмів (як, наприклад, це роблять бактерії). Згідно з гіпотезою Л. Маргуліс, мітохондрії в клітинах були в давні часи окремо існуючими бактеріями, що впровадили колись усередину клітин іншого організму. Запропонований Маргуліс еволюційний механізм шляхом симбіозу, може бути, був більш важливим і кращим, ніж стандартний шлях еволюції по Дарвіну, який сьогодні ніяк не можна вважати бездоганним і безальтернативним іншим пропонованим механізмам.