Возникновение жизни на Земле

Беседа с доктором Уильямом Грегори, сотрудником Американского музея естественной истории.


— Доктор Грегори, вы можете сказать, где появился человек и сколько он существует на Земле?
— Это сложный вопрос, и вокруг него велись и ведутся ожесточённые споры. В старые времена учёные думали, что они знают точный ответ. Например, в 1641 году английский учёный доктор Джон Лайтфуд, вице-канцлер Кембриджского университета объявил, что человек был создан 23 октября, за 4004 года до Рождества Христова, в девять часов утра.

— Но, конечно, в наше время в это никто не верит?
— Вы очень ошибаетесь. Многие верят. Единственное отличие в том, что теологами ведутся споры относительно того, в какой день недели был сотворён человек, если учитывать время дня.

— А во что верите вы?
— Учёные не строят своих заключений на основе верований. Должны быть свидетельства. Современная наука имеет множество доказательств того, что человек появился — или развился — выбор слов вопрос индивидуального предпочтения — после чрезвычайно медленного и постепенного развития жизни на Земле за период длительностью более чем в миллиард лет. Можете ли представить себе миллиард лет?

— Нет.
— И я нет. Никто не может этого представить. Цифра ошеломительная, поражающая воображение. Немногим менее чем миллиард минут прошло с начала нашей эры.

— Вы хотите сказать, что человек живёт на Земле тысячу миллионов лет?
— Конечно нет. Человекоподобные существа появились в промежутке около 5–10 миллионов лет назад. Современный человек появился лишь 40 тысяч лет назад. Другими словами, мы отделились от наших двоюродных братьев, человекообразных обезьян, лишь 10 миллионов лет назад. И после этого пошли собственным путём. Это такая пропасть во времени, что даже самые сентиментальные личности не будут ощущать никакого родства. А миллиард лет — это множество мелких ступенек развития, которые постепенно привели к современному человеку.

— А почему вы думаете, что это заняло такое длительное время?
— Мы не всегда знали это. В начале XX века учёные считали, что вся история жизни на Земле охватывает период в 40 миллионов лет. Это была лишь грубая оценка. Они не могли ни доказать, ни опровергнуть её. Но с тех пор у нас появились часы.

— Часы?
— Да, или нечто столь же подходящее для измерения времени, как часы. В 1898 году в парижской лаборатории французских химиков месье и мадам Кюри. Я имею в виду радий и другие радиоактивные элементы.

— С помощью радиоактивных материалов можно измерять время?
— Конечно можно. С помощью радия и продуктов его распада можно измерять возраст скал.

— Но какое отношение возраст камней имеет к длительности существования жизни на Земле?
— Прямое. История жизни буквально «написана на камнях». В каменных отложениях находятся останки животных или их отпечатки, которые сохранились в твёрдой, окаменевшей форме. Точно так же, как цветки сохраняют между страницами книги. Предположим, вы нашли старую книгу. А между её страницами лежат спрессованные, засушенные цветки. Как бы вы определили возраст цветков?

— По возрасту книги.
— Таким способом можно произвести довольно точную оценку. Во всяком случае, это даст вам временные рамки возраста цветков. Потому что в любом случае цветки не могут быть старше книги.

— Я понимаю. Но всё же — причём тут камни?
— Я подхожу к этому. Нам известны различные слои земной коры. Самые старые из них лежат на глубине 55 миль, если они не были смещены и перемешаны вулканической активностью и землетрясениями. При геологических изысканиях обнаруживаются многие тысячи окаменелостей — это удивительная история развития жизни. Всё чего нам не хватало — это эталона времени, на который мы могли бы опереться при определении их возраста. До открытия радиоактивности не было способа определить, когда была «опубликована» эта удивительная «каменная книга», или, скорее, «стопка листов альбома» в 55 миль толщиной.

— Вы хотите сказать, что если мы сумеем узнать, когда в основание лёг первый такой слой, это даст нам возможность определить, когда возникла жизнь на Земле?
— Окаменелости обнаруживаются обычно в осадочных породах, а осадочные породы не образуются без наличия воды. Это означает, что первые слои этих пород должны были появиться на земле только после того как она, изначально бывшая лишь массой раскалённых газов и расплавленного камня, затвердела и остыла — и только после этого на её поверхности могла сконденсироваться вода. Радиевые «часы» показывают нам, как давно это могло случиться и сколько времени заняло отложение первого слоя осадочных пород в основании других слоёв.

— И какое к этому отношение имеет радий?
— Вот какое: атомы радия, а также урана — «родительского элемента» радия, распадаются. Каждую минуту распадается определённое их количество. Каждый раз, когда это случается, образуются другие элементы, и последним в цепочке распада является свинец. Таким образом, если мы обнаружим и радий и свинец в одном и том же камне — мы можем быть уверены, что свинец появился в результате распада радия. Мы знаем, сколько времени требуется, чтобы определённое количество радия превратилось в определённое количество свинца и таким образом мы можем вычислить возраст каменного образца, исходя из пропорций радия и свинца, которое в нём обнаружено. Таким образом мы изучили образцы разных слоёв осадочных пород и самые нижние их слои имеют возраст примерно в полтора миллиарда лет.

— Вы сказали, что жизнь появилась примерно миллиард лет назад.
— Да, так я и сказал. Примерно через пятьсот миллионов жизнь смогла оставить свои следы в самых старых породах.

— А как вы объясните такую длительную задержку?
— Чтобы ответить на этот вопрос мы должны обсудить то, что вызвало появление жизни. Никто, конечно, не знает подлинного ответа. Некоторые учёные всерьёз обсуждают возможность того, что жизнь была принесена на Землю с других планет.

— Как?
— Они считают, что на землю либо осела богатая необходимыми для создания жизни пыль, либо её принесли метеориты — жизнь или вещества для её образования скрывались внутри них.

— Это же просто уклонение от ответа. А как жизнь могла появиться на другой планете?
— Совершенно верно. На самом деле не слишком много людей считает, что жизнь на Землю могла быть занесена из космоса.

— А что общепринятая теория говорит сейчас?
— Учёные склоняются к мысли, что жизнь возникла на Земле, и её появление вызвано химическими реакциями, протекавшими в течение многих тысяч веков. Это часть ответа на ваш предыдущий вопрос. Именно это вызвало такую длительную задержку в появлении следов жизни. Пятьсот миллионов лет потребовалось химическим реакциям, чтобы накопить достаточно «сырья» для образования живой материи. Химические вещества становились с течением времени всё более и более сложными и, наконец, их взаимодействие пришло к переломному моменту, когда эти реакции стали настолько сложными, что появилась жизнь.

— И что она из себя представляла?
— Первыми живыми существами возможно были крохотные капельки прозрачной слизи. Популяризаторы науки любят рассказывать, что эти капельки плавали в мелких тёплых лужах и заливчиках, образовавшихся по берегам древнего океана. Боюсь, что всё не так романтично. Скорее всего, эти крохотные существа обитали в грязных влажных канавах, пористые поверхностные слои которых давали им укрытие, защищая от высыхания.

— Очень скромное начало.
— Да, очень скромное. И скорее всего, вы не обратили бы внимания на них, если бы сумели их увидеть. То же самое можно сказать и о происхождении человека.

— А как выглядела наша планета в те дни, когда на ней начала зарождаться жизнь?
— Скорее всего это были массы камней и утёсов, разбросанных по скалистым берегам мелкого моря. Конечно, мы не увидели бы ни листочка, ни травинки, ни наземных существ любого вида. Многие горы были почти непрерывно извергающимися вулканами. Ураганы, бури, ливни шли почти непрерывно. Земля постоянно содрогалась от жестоких землетрясений.

— Не очень привлекательное место. А откуда землетрясения?
— Молодая планета испытывала судороги из-за болезней развития. Хотя ей, конечно, было по крайней мере два миллиарда лет, когда на ней начала зарождаться жизнь.

— А когда появилась жизнь, на Земле было жарче, чем сейчас?
— Не намного, если вообще было жарче. Континенты уже в общем сформировались, хотя и имели совершенно другие очертания чем сейчас. Воды уже миллионы лет как собрались в океан. Земля находилась на своей нынешней орбите. Вот тогда и случилось величайшее чудо из всех — появление жизни. Это были только маленькие капельки, плавающие тут и там в прудах и лужах — но это было важнейшее из всего, что могло случиться?

— А как случилось, что человек развился из этих микроскопических существ?
— На самом деле мы не можем это знать точно, как мы знаем, что дважды два равно четырём. Ну и конечно, никого не было там, чтобы зафиксировать и записать это. Доказательства, как сказали бы юристы, косвенные. Мы вывели их из трёх фактов, которые нам известны.

— И каковы эти факты?
— Во-первых, человек до сих пор развивается из одной клетки — оплодотворённой яйцеклетки. Не только человек, но и любое другое живое существо — корова, змея, канарейка, муравей, червяк или яблоня. Все развиваются по одному пути — из одной оплодотворённой клетки.

— А второй факт?
— Вот он — каждое живое существо развивается последовательно путём деления одной клетки, образующих затем «колонии». Каждый кубический дюйм вашего тела — мышц, глаз, мозга состоят из множества клеток, «поселений» и «городов» клеток с миллионами и миллиардами «населения», которые зависят друг от друга в своём существовании. Это понятно?

— Да, продолжайте, пожалуйста.
— Факт третий — не всем клеткам нужно собираться в такие союзы для того, чтобы выжить. Некоторые из них могут существовать сами по себе. Вы можете увидеть такие одноклеточные существа, если возьмёте каплю воды из лужи и исследуете её под хорошим микроскопом. Вы увидите тысячи крошечных животных и растений, о существовании которых и не подозревали. Кроме того, вы можете увидеть маленькие капельки слизи, маленькие сероватые капельки желе, которые постоянно изменяют свою форму — это амёбы. Каждая из них состоит только из одной клетки, но они дышат, питаются, растут и размножаются. Они тоже живые существа.

— Кажется, что ваши три факта доказывают, что: все живые существа состоят из клеток, что они могут развиваться из одной первичной клетки, и что отдельные клетки могут существовать в сами по себе, но это не объясняет того, чего я до сих пор не понимаю.
— И что же это?

— Почему учёные считают, что вся жизнь развилась из одного вида клеток? Другими словами, на чём основывается идея, что эти маленькие капельки слизи, которые плавали в лужах миллиард лет назад — это предки человека?
— В наших телах, кроме клеток, которые образуют целые зависящие друг от друга группы, есть миллиарды отдельных клеток, которые живут сами по себе и независимо, как амёбы. Они принадлежат нам, это часть нашего организма, но они не прикреплены к нам — они постояльцы, которые могут свободно передвигаться, и они «платят за аренду», борясь с инфекциями. Это белые клетки нашей крови. В их задачу входит захват, уничтожение и переваривание вредоносных микробов, если те проникнут в наш организм.

— Интересно, но я до сих пор не вижу никаких доказательств того, что человек развился из маленьких капелек слизи в первобытных лужах.
— Сейчас увидите. Любопытный факт, но лейкоциты, белые клетки нашей крови, и амёбы в придорожных канавах, это родственники, хоть и дальние. Они живут независимо и выглядят похоже — дышат, двигаются и питаются одинаковым способом. Большинство из них состоят из одних и тех же веществ.

— Теперь я вижу, к чему вы ведёте.
— Я знал, что вы поймёте. Вещества, из которых состоят тела амёб белых клеток крови, представляют собой субстанцию, напоминающую сырой яичный белок. Эта субстанция называется протоплазма. И, если мы переходим к предъявлению доказательств, которых вы так жаждете, не только лейкоциты и амёбы, но все клетки содержат эту протоплазму. Другими словами и вы, и я, и корова и змея, и канарейка, и муравей, и червяк, и яблоня — всё живое, в основном, состоит из живого вещества, которое фактически одинаково у всех. Теперь вы удовлетворены?

— Совершенно. Это объясняет, на чём учёные основывают свою идею, что вся жизнь произошла от общего предка. Теперь я понял, почему вы считаете, что знаете как выглядела самая первая жизнь. Вы думаете, что первые клетки напоминали современных амёб или лейкоциты совершенно во всех чертах?
— Первые живые организмы были намного проще. Если миллиарды лет прошли с того как они впервые появились — протоплазма должна была подвергнуться многим и многим изменениям. Она должна была адаптироваться к окружающей среде медленно и постепенно, к миллионам условий и миллионам задач. Эти задачи становились всё более сложными, по мере того, как жизнь развивалась. Таким образом, клетка вашего мозга, например, так же отличается от первой живой клетки, как современный автомобиль отличается от воловьей упряжки. Но современный автомобиль всё-таки произошел именно от воловьей упряжки — одно развилось из другого и базовый принцип остаётся всё тем же.

— Вы сказали, что амёбы в луже и клетки в нашей крови дышат одинаково. Вы можете пояснить это?
— Хорошо, что вы спросили, поскольку ответ — это и есть суть всей проблемы. Фундаментальная загадка относительно ранней жизни на земле — как они могли дышать. Это одна из основных причин, почему они жили и смогли выжить. Вы понимаете, что происходит, когда мы дышим?

— Я набираю воздух в лёгкие. Кислород воздуха попадает в мою кровь.
— Правильно. В реальности происходит следующее — когда вы дышите, кислород воздуха, который вы вдыхаете в свои лёгкие, переносится красными клетками крови, эритроцитами, к каждой части вашего организма. Клетки тканей забирают кислород и возвращают в эритроцитам соединение кислорода и углерода, которое, как и кислород представляет собой газ — диоксид углерода, который соединяется с эритроцитами. Диоксид углерода — это углекислый газ, который образует пузырьки в газированной воде. Клетки поглощают кислород всей своей поверхностью, так же, как это делают амёбы. Клетки нашего организма дышат точно таким же способом.

— Но что конкретно вы имеете в виду, когда говорите, что клетки в каждой части нашего организма «используют кислород»?
— Один из основных способов которым они используют кислород — это соединение его с углеводами, также приносимыми кровью. Эта реакция приводит к выработке энергии.

— А что такое углеводы?
— Это химические соединения, которые состоят из углерода, воды и кислорода. Сахара и крахмал — это углеводы, простейшие формы питательных веществ. Но очень важно помнить, что соединение углерода, воды и кислорода, превращение их в углеводы не может происходить без энергии солнечного света.

— Но вы только что говорили об углеводах в нашей крови? Теперь вы говорите, что они не могут формироваться без энергии солнечного света. Ну и, конечно, солнечный свет не может попадать в нашу кровь?
— Нет, не может. Энергия, содержащаяся в углеводах, образовавшаяся под действием солнечного света, попадает к нам не прямым путём. Фактически мы не можем жить без солнечного света. Жизнь, включая человека, никогда бы не появилась, если бы не было Солнца. Без него жизнь не смогла бы выжить. Другими словами, если бы не Солнце — ни вас, не меня здесь не было бы.

— Я понимаю, что Солнце — это источник энергии, но как мы получаем эту энергию?
— Солнце излучает энергию в виде света. Всё, что находится на пути солнечных лучей, бомбардируется ими и получает энергию, но уловить эту энергию могут только определённые химические соединения.

— И мы такие имеем?
— Нет, человек не обладает такими способностями. Ни любое другое животное, ни большое, ни маленькое. Но человек, как и животные, может собирать и запасать другие вещества. Как я объяснил немного раньше, крохотные амёбы дышат точно так же как и мы, или как клетки нашей крови. Они питаются точно так же как любое животное — смешивая питательные вещества с водой и приправляя её своими пищеварительными соками.

Но растения живут совершенно по-другому. Вот их образ жизни — они дышат кислородом, так же как и мы, но могут сами производить собственную пищу. Они могут это делать потому, что способны улавливать и запасать энергию солнечного света. Под действием солнечных лучей они углерод, водород, кислород и минеральные вещества, которые поступают из почвы, воды и воздуха растения образуют углеводы, полисахара, крахмалы и целлюлозу. Поскольку растения могут делать это — каждая былинка фактически представляет собой маленький сахарный заводик.

— Не вижу связи между этим и энергией человека.
— Погодите минуту. Зелёная часть растения, содержащая вещество хлорофилл представляет собой фабрику по переработки простых веществ и солнечного света в углеводы и кислород, а крахмал и сахар растений — это склады резервной химической энергии. Когда мы едим растения, мы черпаем энергию из этих запасов.

— Я понимаю, человеческий организм получает энергию при поедании растений или животных, которые в свою очередь поедают растения.
— Это верно. Когда мы едим яблоко, или салат, или бутерброд с ветчиной мы потребляем солнечную энергию, которая изначально была уловлена и сохранена растениями. Энергия, запасённая в растениях может быть высвобождена при окислении — путём химической реакции углеводов с кислородом.

— И как это происходит?
— Когда мы топим печку углем или дровами, мы соединяем углерод или углеродом в составе углеводов — вы же понимаете, что и уголь и дрова когда-то были живыми растениями — с кислородом воздуха. Аналогичные реакции происходят при дыхании клеток — окисление углеводов кислородом воздуха. Углеводы и другие питательные вещества мы получаем из съеденных нами растений или животных, которые съели растения.

— То есть, мы получаем энергию при дыхании?
— Нет, мы высвобождаем её в процессе дыхания, после того, как получили её из еды или напитков.

— Но вы сказали, что фундаментальная загадка в том, как первые клетки могли дышать?
— Да, и я уверен, что теперь и вы понимаете, почему я так сказал. Как они могли преобразовывать энергию и как могли выжить, если им было нечего есть? У них должен был быть способ получать пищу так, как это делают растения, поскольку не было никого, кто мог бы сделать это за них, или других существ, которых они могли бы съесть. Но это не единственная причина, по которой мы считаем, что они должны были обладать способностью производить сложные вещества из простых.

До наших дней в воде живут маленькие существа, которые сами обеспечивают себя энергией. Эти существа называются жгутиковыми, поскольку у них есть нитчатые образования, похожие на жгуты или кнуты, flagella на латинском — с помощью которых они двигаются.

— Другими словами, они — частично животные, частично растения?
— Да. Они побеги первых ветвей фамильного древа жизни. И после того, как это дерево начало сильно ветвиться, часть из этих полуживотных-полурастений, миллионы лет назад стала растениями, а часть — животными.

— И в чём причина такого разделения?
— Никто не знает. Это одна из величайших нерешённых загадок науки.

— А что произошло после этого?
— После этого началась «великая битва за выживание». После того как одни обрели способность активно двигаться и увеличились в размерах, что было естественнее, чем отыскать и съесть своих собратьев, которые уже запасли энергию. Это они и начали делать, что заставило их обретать новые, приспособленные к этому формы. Эти первые маленькие животные обитали в лужах и мелких прудах, где многие их потомки процветают до сих пор. По мере того, как шли века, борьба за место и пищу заставила их принимать ещё более сложные формы, образовывать многоклеточные колонии и, в конце концов, стать чем-то вроде примитивных медуз. Другие превратились в маленьких червеподобных существ.

— То есть мы — потомки червяков?
— В каком-то смысле — да. Эти червеподобные существа после многих сотен миллионов лет развития превратились в рыб, которые дышат воздухом. Многие тысячи их разновидностей населяли водоёмы.

— А потом?
— В конце концов некоторые из них исчезли, те, которые не смогли приспособиться. Некоторые — выбрались на сушу. Вот они и есть настоящие предки человека.

— Но современный человек не похож на рыбу. Разве не так?
— Внешне — да. Но внутри, в строении своего организма мы до сих пор во многом напоминаем рыб. Но это отдельная история. Поговорим об этом в другой раз.

Цитопсор

ПОМОЩЬ ПРИ ПСОРИАЗЕ
Цитопсор способствует уходу высыпаний псориаза; улучшает общее состояние кожи при псориазе.
Инструкция
Цена и доставка
Заказать