Михаил Камшилов - Эволюция биосферы

• Название: Эволюция биосферы
• Автор: Михаил Камшилов
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1979

Книга доктора биологических наук М. М. Камшилова посвящена проблеме эволюции биосферы. В ней рассматриваются такие вопросы, как происхождение биосферы, ее организация, факторы и закономерности эволюции. Особое внимание уделено влиянию человека на атмосферу. Приведены обширные фактические данные по палеонтологии, биоценологии, генетике и молекулярной биологии.

---

Известный американский математик Джон фон Нейман попытался решить проблему самовоспроизведения автоматов. Полученные им результаты представляют исключительный интерес. Оказалось, что способность к самовоспроизведению является функцией сложности организации: «...„сложность“ на своем низшем уровне является, по-видимому, вырождающейся, т. е. ...каждый автомат, который может воспроизводить другие автоматы, на этом уровне будет производить только менее сложные автоматы. Существует, однако, некоторый минимальный уровень, начиная с которого эта склонность к вырождению перестает быть всеобщей. Преодоление этого уровня делает возможным создание автоматов, которые воспроизводят себя или даже строят еще более сложные вещи. Тот факт, что сложность, точно так же, как и структура организмов, ниже некоторого минимального уровня является вырождающейся, а выше этого уровня может стать самоподдерживающейся и даже расти, несомненно, играет важную роль во всякой будущей теории рассматриваемого нами предмета»[34].

Теория автоматов, таким образом, показывает принципиальную возможность возникновения самовоспроизведения на основе прогрессирующего усложнения организации. Естественный, хотя и весьма длительный путь к этому — концентрация в малом объеме свойств (информации), рассеянных в Космосе.

Основатель кибернетики Норберт Винер говорит еще об одной весьма важной особенности, характеризующей процесс концентрации информации: «...способность системы поглощать информацию растет сначала довольно медленно. И лишь после того, как вложенная информация перейдет за некоторую точку, способность машины поглощать дальнейшую информацию начнет догонять внутреннюю информацию ее структуры. Но при некоторой степени сложности приобретенная информация может не только сравняться с той, которая была вложена в машину, но далеко превзойти ее..., действительно существенные и активные явления жизни и обучения начинаются лишь после того, как организм достиг некоторой ступени сложности»[35]. Иначе говоря, способность к интеграции информации пропорциональна степени сложности системы и, следовательно, в плане космического развития неизбежно выступает как самоускоряющийся процесс. Самовоспроизведение живых существ, таким образом, является функцией их специфическим образом организованной сложности.

Глава 2. Развитие жизни от архея до наших дней

Жизнь создает в окружающей ее среде условия, благоприятные для своего существования.

В. И. Вернадский

Первые шаги жизни

В Южной Африке, в центральном районе Трансваале, в черных сланцах формации Фиг-Три найдены остатки, по-видимому, принадлежащие уже оформившимся живым организмам. Их возраст 3,1 млрд. лет. Тщательное микроскопическое исследование позволило обнаружить бактериоподобные образования размером 0,65×0,24 мкм, названные американским ученым Е. С. Баргхоорном Eobacterium isolatum. В более поздних отложениях (2,7 млрд. лет) в Южной Родезии найдены водорослевые известняки. Их биогенное происхождение сомнений не вызывает. В еще более поздних отложениях (1,9 млрд. лет) в районе озера Онтарио в слоях черного сланца найдены хорошо сохранившиеся остатки многих типов ископаемых растений: от разнообразных одноклеточных до разветвленных и неразветвленных нитчатых форм. Некоторые из них напоминали современные синезеленые водоросли из рода Chroococcus; встречались организмы, близкие по строению к панцирным жгутиконосцам — динофлагеллятам. Там же обнаружен своеобразный звездчатый организм, названный «утренняя звезда» (Eoastrion). Он состоит из центрального тела, от которого радиально расходятся многочисленные тонкие лучи. В большом количестве в сланце найдены бактериоподобные образования.

Таким образом, около 2 млрд. лет назад наряду с безъядерными организмами — прокариотами (бактерии, синезеленые водоросли), уже встречались клетки с оформленным ядром — эукариоты, к числу которых принадлежат, в частности, динофлагелляты.

Еще более близким к нам временем (900 млн. — 1 млрд. лет назад) датируются ископаемые остатки, обнаруженные в Южной Австралии, в районе холмов Эдиакары. Сотрудники Аделаидского университета после тщательного изучения образцов окаменелостей нашли отпечатки 13 видов медузообразных кишечнополостных животных, четырех видов организмов, близких к восьмилучевым кораллам, несколько видов червей и животных, непохожих на формы организмов из более поздних отложений.

Иначе говоря, примерно 1 млрд. лет назад жизнь на нашей планете была уже достаточно разнообразной. Остатки одноклеточных, а также многоклеточных животных и растений свидетельствуют о том, что в то далекое время уже существовал биотический круговорот. В результате активного фотосинтеза хлорофиллсодержащих организмов образовались большие массы кислорода, превращающегося в верхних слоях атмосферы в озон. Слой озона закрыл доступ к поверхности Земли коротковолновому ультрафиолетовому облучению. Таким образом, возникли предпосылки к выходу организмов из воды на сушу. Это событие произошло примерно 400 млн. лет назад.

Жизнь набирает силу

С появлением живых существ эволюция поверхности Земли приобрела черты волнующего драматизма. На основе химических процессов синтеза и деструкции возникли качественно новые явления: жизнь и смерть. Круговорот органического вещества, основанный на возникновении и распаде химических соединений углерода, уступил место биотическому круговороту, основанному на рождении и гибели особей, развитии новых видов и вымирании старых. В полной мере вступил в свои права мощнейший фактор органической эволюции — естественный отбор. Достаточно двух примеров, чтобы оценить значение этого фактора. Численность особей вида — величина относительно постоянная для какого-то не слишком длительного отрезка времени: сохраняется столько же особей, сколько и гибнет. Если учесть, что очень многие организмы производят десятки, сотни, тысячи и миллионы семян или икринок, становится ощутимым масштаб гибели; сохраняется пара — гибнут десятки, сотни, тысячи, миллионы!

Другой пример: согласно расчетам американского палеонтолога Д. Симпсона, конечно, очень приблизительным, за всю историю Земли существовало примерно 500 млн. видов организмов. Сейчас на нашей планете насчитывается около 2 млн. Совершенство современного органического мира достигнуто ценою вымирания сотен миллионов видов. В ходе органической эволюции с лица Земли стерты не только отдельные виды, но и более крупные систематические единицы: роды, семейства, отряды и даже целые классы живых существ.

История развития жизни на Земле подразделяется на 5 эр и несколько периодов или систем, охватывающих огромный промежуток времени в 4 млрд. лет. Продолжительность всех подразделений, по И. Н. Крылову[36], представлена в табл. 2.

Как уже говорилось, первые остатки жизни обнаружены в слоях Земли, образовавшихся около 3 млрд. лет назад, т. е. в начале архейской эры. К архейским ископаемым принадлежат остатки нитей водорослей и бактериоподобных организмов, найденные в районе озера Онтарио. Бурное развитие жизни началось в протерозое (рис. 3). Вначале еще господствовали одноклеточные водоросли и бактерии, но примерно 1900 млн. лет назад начали встречаться первые многоклеточные водоросли. Иначе говоря, около 1900 млн. лет назад биотический круговорот, осуществляемый до тех пор одноклеточными, осложнился в результате появления первых многоклеточных. Затем появились зеленые и красные водоросли и первые многоклеточные животные: медузы, губки, черви и особая, впоследствии полностью вымершая группа животных — археоциаты (рис. 4).

Таблица 2. Периоды развития жизни на Земле

Эпоха Эра Период Абсолютный возраст, млн. лет Фанерозой Кайнозой Четвертичный 0 1 Третичный 65-67 Мезозой Меловой 136—137 Юрский 190—195 Триасовый 225—230 Палеозой Пермский 225—230 Каменноугольный 280—285 Девонский 345—350 Силурийский 395—410 Ордовикский 435—440 Кембрийский 500—570 Криптозой(докембрий) Протерозой Верхний протерозой (рифей) 1600 Нижний протерозой 2600 Архей   >4000

Возникновение многоклеточности — весьма важный этап в развитии органического мира. Начиная с теоретических работ известного немецкого ученого пропагандиста дарвинизма Эрнста Геккеля (1872), было создано много различных гипотез, авторы которых пытались наметить вероятные пути становления этой новой формы организации живого. Разбор важнейших гипотез происхождения многоклеточности, а также анализ современного состояния проблемы можно найти в чрезвычайно интересной книге А. В. Иванова[37] и в статье С. С. Шульмана[38]. Подавляющее большинство авторов колониальность считают необходимым этапом на пути к многоклеточности. Колониальность легко возникает как результат не вполне законченного бесполого размножения: клетки разделились, но не разошлись. Эти колонии сравнительно часто образуются у бесцветных и зеленых жгутиконосцев, у инфузорий, солнечников, зеленых, синезеленых и диатомовых водорослей.