2.23. Проблема появления человека на Земле
Как и в вопросе происхождения Вселенной и жизни, существует представление о божественном творении человека. “И сказал Бог: сотворим человека по образу нашему, по подобию нашему... И сотворил Бог человека по образу своему (Бытие 1.26.27)”. В индийской мифологии мир происходит от первого прачеловека – Пуруши.
Во многих первобытных племенах были распространены представления о происхождении их предков от животных, растений. В античный период говорили о сходстве человека с обезьяной.
В настоящее время вошли в моду версии о происхождении человека от внеземных существ. Однако, начиная с XIX в., в науке господствует концепция происхождения человека от высокоразвитых предков современных обезьян. В дальнейшем эта концепция получила генетическое подтверждение, поскольку из всех животных по генетическому аппарату ближе всего к человеку
оказались шимпанзе.
Сходства и отличия человека от животных
Сходство человека с животным определяется:
•во-первых, вещественным составом, строением и поведением организмов, т.е. человек состоит из тех же белков и ДНК, что и животные, и многие структуры и функции нашего тела такие же, как и у животных;
•во-вторых, человеческий зародыш проходит в своём развитии те же стадии, которые прошла эволюция животного;
•в-третьих, у человека имеются рудиментальные органы, которые выполняли важные функции у животных и сохранились у человека, хотя и не нужны ему (например, аппендикс).
К отличиям человека от животных относится прежде всего разум. Разум – это способность к понятийному мышлению, т.е. формированию отвлечённых, абстрактных представлений о предметах, в которых обобщены основные свойства конкретных вещей. Мышление животных, если о таковом можно говорить, всегда конкретно; мышление человека может быть абстрактным, отвлеченным, обобщающим, понятийным, логическим.
Чем выше способность к понятийному мышлению, тем выше интеллект человека.
Этология (наука о поведении животных в естественных условиях) получает много данных о том, что в поведении человека и животного много схожего. Животные испытывают чувство радости, горя, тоски, вины и т.п., у них есть любопытство, внимание, память, воображение. Однако в своей трудовой деятельности человек сознает, что он делает и понимает мир. У него есть план, проект действия, чего нет у животного.
Вторым главным отличием является то, что человек обладает речью. Как отмечал русский ученый И.П. Павлов (1849-1936 гг.), это вторая “сигнальная система” – общение с помощью слов.
Что такое слово? В естествознании, пытающимся выяснить естественные причины человеческих способностей, известна гипотеза происхождения речи от звуков, произносимых при работе, которые потом становились общими в процессе совместного труда.
Третьим фундаментальным отличием человека от животного является способность к труду. Только человек способен изготавливать, творить орудия труда. С этим связаны утверждения, что животные приспосабливаются к окружающей среде, а человек преобразует её, и что в конечном счёте труд создал человека. Со способностью к труду связаны и такие отличительные признаки, как прямохождение и развитие руки, использование огня, захоронение трупов.
В широком смысле “антропология” – наука о человеке. В узком смысле – проблема происхождения человека и определение специфики его строения и эволюции.
Бурное развитие антропология получила во второй половине XIX в. после создания теории эволюции Дарвина.
1. Э. Геккель выдвинул гипотезу о существовании в прошлом вида (промежуточного между обезьяной и человеком), которого он назвал питекантропом. По его гипотезе в третичный период (70 млн. лет назад) были древесные обезьяны (дриопитеки). От них одна линия эволюции пошла к шимпанзе и гориллам, а другая – к человеку. 20 млн. лет назад под влиянием похолодания джунгли отступили, и одной из ветвей дриопитеков пришлось спуститься с деревьев и перейти к прямохождению (рамопитеки, останки которых найдены в Индии и названы в честь бога Рамы).
2. В 1960 г. английский археолог Л. Лики открыл в Восточной Африке “человека умелого” с объёмом мозга 670 см3. В этих же слоях, возраст которых 2 млн. лет, были найдены примитивные орудия труда. В Китае были обнаружены останки человека с объёмом мозга, близким к питекантропу. Он использовал огонь и сосуды, но не имел речи. Он бы назван синантропом.
52
3.В 1856 г. были обнаружены останки существа, жившего 150 тыс. лет назад, и названного неандертальцем. Он имел объём мозга, близкий к современному человеку, покатый лоб, надбровные дуги, низкую черепную коробку; жил в пещерах, охотясь на мамонтов. У неандертальца впервые обнаружены захоронения трупов.
4.В 1868 г. во Франции (пещера Кро-Маньон) были найдены останки существа, близкого по облику и объёму черепа (до 1600 см3) к современному человеку, имевшего рост 180 см и жившего от 40 до 15 тыс. лет назад. Это и есть “Человек разумный”.
После кроманьонца человек не изменился генетически, тогда как его социальная эволюция продолжалась.
5.Ульям Хавеллз утверждает, что человек современного типа возник 200 тыс. лет тому назад
вВосточной Африке. Эта гипотеза получила название “Ноева ковчега”, потому что по Библии все расы и народы произошли от трёх сыновей Ноя – Сима, Хама и Иафета. В соответствии с этой гипотезой питекантроп, синантроп и неандерталец – не предки современного человека, а различные группы гоминид (человекообразных существ), вытесненных “Человеком прямоходящим” из Восточной Африки. Пока палеонтологическая летопись неполна, и промежуточные виды между человеком и обезьянами до сих пор в полном объёме неизвестны. Исследования в этом направлении продолжаются. Так, английский антрополог Кейт подсчитал, что у человека и гориллы 385 общих морфологических признаков, у человека и шимпанзе – 369, у человека и орангутанга – 359. Только человеку присущи 312 признаков.
2.24. Теория происхождения жизни
Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем, наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека и общества.
Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, появились у человека еще в глубокой древности. В античности сложились два противоположных подхода к решению этой проблемы. Первый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникновение жизни не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом на Земле; жизнь является следствием божественного творческого акта (креационизм) и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира “жизненная сила” (vis vitalis), которая и направляет все процессы жизни (витализм).
Наряду с идеалистическим подходом, еще в древности сложился и материалистический подход к этой проблеме, в основе которого лежало представление о том, что живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического под влиянием естественных факторов. Так сложилась концепция самозарождения живого из неживого.
Вотношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.
Появление жизни на Земле пробовали объяснить занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, которые населяют мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными ХIХ века – В. Томсоном, Г. Гельмгольцем и другими. Сходную гипотезу выдвинул в 1907 г. и известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус. Его гипотеза получила название панспермии: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.
Вразвитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого – теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.
53
Абиогенез – идея о происхождении живого из неживого – исходная гипотеза современной теории происхождения жизни.
Большинство специалистов XX века убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых и самых распространенных во вселенной химических элементов. Основные элементы, из которых построена жизнь, – это углерод (С), водород (Н), азот (N), сера (S) и фосфор (Р). “Азбука” живого сравнительно проста: в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает нас, что все живое должно иметь единое происхождение.
Главное условие возникновения жизни определяется массой планеты. Планеты с малой массой имеют слабое гравитационное поле и не могут продолжительное время удерживать атмосферу, которая необходима для развития жизни. Важной предпосылкой возникновения и развития жизни является относительно постоянная и оптимальная радиация, получаемая планетой от центральной звезды. Обязательным условием возникновения жизни является также наличие воды, значение которой исключительно. Это обусловлено ее специфическими термическими особенностями: большой теплоемкостью, слабой теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами растворителя и др.
В 1924 г. известный биохимик А.И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
Гипотеза А.И. Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами.
Коацерваты – это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни, – способность к воспроизведению подобных себе молекул.
Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем.
Результаты современных исследований нельзя непосредственно использовать для суждения о ходе органической эволюции на поверхности еще безжизненной Земли, так как с возникновением жизни произошло принципиальное изменение условий, существовавших когда-то в атмосфере и гидросфере. Сейчас мы нигде на земной поверхности в природной обстановке не имеем таких условий. Еще Дарвин в 1871 г. писал: «Но если бы сейчас ... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ». Таким образом, основной причиной невозможности пер-
54
вичного возникновения жизни сейчас является то, что она уже возникла, благодаря чему на земной поверхности произошло резкое изменение природных условий.
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение).
2.25. Живые и неживые системы: общее и отличие
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоит из клеток. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. Неклеточные формы жизни – вирусы (открытые в 1892 г. русским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядерные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Кроме того, существует множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих к разным видам.
Биология ХХ века углубила понимание существенных черт живого, раскрыла молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого – это грандиозная система высокоорганизованных систем. Любая система (и в неорганической и в органической природе) состоит из элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое.
Все живые организмы, в том числе и человек, построены из той же материи, что и неживые предметы и подчиняются законам физики и химии. Никакой особенной «жизненной силы», которая обуславливала бы непреодолимую пропасть между живым и неживым, не существует.
Однако биологическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними.
Всем живым системам свойственны следующие существенные черты:
•обмен веществ,
•подвижность,
•раздражимость,
•рост,
•размножение,
•приспособляемость.
Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе и поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы. Все вместе они свойственны только миру живого и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.
Живые системы – открытые системы, они постоянно обмениваются веществами и энергией со средой. Для них характерна отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), увеличивающаяся в процессе органической эволюции. В живых системах очень ярко проявляется способность к самоорганизации материи.
Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой материи на всех уровнях ее развития – от простейшего микроорганизма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Это – нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они и образуют основу живого.
Можно выделить следующие уровни организации форм живого:
•молекулярно-генетический,
•клеточный,
55
•тканевый,
•онтогенетический (организменный),
•популяционно-видовой,
•биогеоценотический,
•биосферный.
Знание закономерностей молекулярно-генетического уровня организации живого – необходимая предпосылка для ясного понимания жизненных явлений, происходящих на всех остальных уровнях организации жизни. Самые распространенные органические соединения, входящие состав всех живых организмов, – это белки. Белки являются биополимерными макромолекулами, в состав которых входят более 20 аминокислот-мономеров.
Исследования, направленные на изучение механизмов воспроизводства и наследственности, привели к выделению из ядра клетки нуклеиновых кислот. Удалось доказать, что ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из белков организма, называют геном. Ген является элементарной единицей для выделения молекулярногенетического уровня в иерархии уровней организации живой материи.
Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае – из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех живых организмов. Процессы в клетке составляют основу обмена организма с окружением потоками энергии, вещества и информации. Клетки всех организмов сходны по строению и составу. Поэтому клетка служит фундаментальной моделью живой материи на уровне микроописания живого и в этом качестве играет ту же роль, что и атом в микроописании вещества.
К миру живого относят также и вирусы – мельчайшие бесклеточные организмы. Они находятся как бы на границе живой и неживой материи. Не имея клеточной структуры, они способны, тем не менее, ее воспроизводить, обладая генетическим материалом (ДНК или РНК) при внедрении в среду чужих клеток.
Система клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.
Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предшествующих уровней, характеризующихся малым набором конкретных проявлений (например, типов клеток или одноклеточных живых существ) на организменном уровне наблюдается большое разнообразие живых систем. Организменный уровень именуют также онтогенетическим (термин онтогенез означает индивидуальное развитие организмов).
Популяционно-видовой уровень образован совокупностью видов и популяций живых систем. Популяция – это совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генотипов). Она является надорганизменной живой системой, так же, как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций.
Действие на генофонд популяции элементарных эволюционных факторов, таких как мутационный процесс, колебания численности популяции, факторы естественного отбора, приводит к эволюционно значимым изменениям генофонда. Таким образом, на популяционно-видовом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.
Общим и важнейшим свойством жизни является существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе особых сообществ – биоценозов.
Биоценоз – совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой и средой проживания. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад. Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) – биогеоценозы.
Биогеоценозы (экосистемы, экологические системы) – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций, связанных друг с другом и с окружающей средой обменом веществ. Суть явлений, специфических для этого уровня, можно представить как вещественноэнергетические круговороты. Ведущая роль в этих круговоротах принадлежит живому.
56