Возникновение жизни на Земле - одна из самых впечатляющих загадок, которая будоражит умы человечества в течение всей нашей разумной истории. Сегодня мы хорошо знаем, когда появилась первая жизнь на нашей планете.

Это произошло около 4 млрд. тому назад, тогда как Cambrian explosion, т.е. период бурного появления многоклеточных организмов, соответствует времени 540 миллионов лет тому назад. С тех пор жизнь на Земле совершенствовалась в течение длительного времени, вследствие Дарвиновской эволюции. Огромные изменения, которые произошли в жизни человечества и во Вселенной, показывают, что наша эволюция даже ускоряется. Наша технология и сама жизнь становятся всё более и более совершенными. Мы движемся вперёд с огромным ускорением, и мы не знаем сегодня, что может стать результатом этих ускорений.

Как же возникла первая жизнь на Земле? В Книге Бытия утверждается, что жизнь, включая самого человека, была создана богом из земной пыли (“The God formed man of dust of the ground”, Genesis). Любопытно, что, в общем, это соответствует действительности, хотя естественно и не объясняется как же это произошло на самом деле. Ответ на этот вопрос может быть найден с помощью науки, задачей которой является объяснение естественных процессов внутри нашей Вселенной. Наука не оперирует не доказанными утверждениями. Цель науки не только проследить все этапы возникновения жизни на Земле, но и воспроизвести эти этапы в лабораторных условиях, как, например, физики не только объяснили механизмы термоядерных реакций внутри Солнца, высвобождающие гигантскую энергию, но и создали водородную бомбу, работающую на основе тех же принципов. Физики называют её маленькое Солнце на Земле. Немецкий учёный Г. Бете стал лауреатом Нобелевской премии за объяснение термоядерных процессов внутри Солнца.

Сегодня учёными доказано, что живые организмы возникли из неживой материи в длинной цепочке превращений от простых молекул до первой жизни - бактерии. Бактерия - это одноклеточный организм, тогда как сложные живые структуры являются многоклеточными. Например, человек состоит из триллиона клеток, в то время как бактерия лишь из одной. Более того, используя эти цепочки, учёные пытаются создать в лабораторных условиях полностью самовоспроизводящие искусственные организмы. Эти исследования позволяют проверить: является ли правильным наше понимание сложных процессов, приведших к возникновению первой жизни. В 2009 г. учёные создали в лаборатории первую молекулярную систему, которая копировала себя и могла эволюционировать.

Биологи нашли способ формирования сложных генетических молекул (РНК и ДНК), используя простые молекулы (О, С, N, Р), существовавшие на ранней стадии развития Земли несколько миллиардов лет тому назад. Открытие структуры РНК и ДНК позволяет понять ключевую особенность биологических молекул - копировать себя и эволюционировать. ДНК - это сложная молекула с молекулярной массой в один триллион, тогда как РНК имеет молекулярную массу всего 35000. Напомню, что молекулярная масса воды равна 18, а углерода 12. Основными элементами жизни на Земле являются вода и углерод. Углерод способен вступать в различные химические связи с другими элементами и производить сложные органические молекулы, включая липиды, карбогидраты, протеины и генетические молекулы РНК и ДНК, которые являются основными молекулами жизни. Поэтому жизнь на нашей Земле - это carbon - based life, хотя в других местах Вселенной возможны и другие формы жизни, например, silicon - based life.

Известно, что основными элементами во Вселенной являются водород и гелий. Внимательный читатель может спросить, каким же образом сложные молекулы или тяжёлые элементы, отличные от водорода и гелия, появились на нашей планете. Кто их «принёс» на Землю? Ответ на этот вопрос нам хорошо известен из астрономии: так называемые сверхмассивные звёзды производят в своих недрах многие известные нам химические элементы вследствие различных термоядерных реакций. После гибели таких звёзд они выбрасывают эти элементы внутрь галактики, которые становятся частью межзвёздной пыли и планет. Все тяжёлые элементы на Земле - это результат взрыва сверхновых звёзд, которые в конечном счёте обусловили появление первой жизни на Земле.

Без этих элементов жизнь была бы просто невозможной. Мы можем даже утверждать (возможно, с гордостью!), что являемся частью звёздного вещества (“We are star stuff!”). Например, наличие железа в нашем организме, которое определяет цвет нашей крови, является результатом производства железа внутри звёзд, который высвобождается после гибели звезды. Спекральный анализ вещества внутри звёзд и галактик показывает, что все тела во Вселенной состоят из одинакового набора элементов, составляющих таблицу Менделеева, а все живые организмы, включая растительный мир, имеют единого предка (a common ancestor), т.е. они появились из одного и того же корня дерева жизни. Само дерево жизни состоит из трёх основных частей (eukarya, archaea, bacteria) и лишь две ветки “eukarya” включают в себя весь растительный и животный миры. Жизнь на Земле возникла не сразу, а после почти 10 млрд. лет с момента Big Bang, когда появились все необходимые условия для возникновения первой жизни. Интересно, что наша Вселенная также произошла в результате гигантского взрыва из одной «точки». Эта «точка», которую физики называют “singularity”, имела чрезвычайно маленький размер и почти бесконечную плотность. Вследствие инфляции (быстрое расширение) и ускорений наша Вселенная стала сегодня гигантской. Свет может пересечь Вселенную лишь за 14 млрд. лет, хотя и покрывает расстояние от Земли до Солнца всего за восемь минут.

Вернёмся однако к основному вопросу этой статьи - как возникла первая жизнь на Земле. Два выдающихся учёных из the University of Chicago L.Miller and H.Urey ещё в 1950-х годах провели интереснейший эксперимент, который продемонстрировал, что жизнь могла быть сформирована естественным путём из набора различных молекул (H2. H2O, CH4, NH3), существовавших на ранней Земле, и серии химических реакций. Эксперимент показал, что основные молекулы жизни - аминокислоты (протеины) и нуклеиновые кислоты (основания РНК и ДНК) - могут быть легко получены из молекул, которые имелись в первичной атмосфере ранней Земли. Они поместили в стеклянную трубку воду, водород, метан и аммоний и пропустили через неё сильный электрический ток, который является аналогом молнии в природе. Через неделю в трубке были обнаружены различные органические молекулы, включая протеины. Последние ответственны за все сложные метаболические функции живой клетки. Однако, подобные эксперименты, хотя и явились первым важным шагом на пути от неживой материи к первой жизни, они не могли объяснить многие другие процессы, включающие переход от аминокислот (протеинов) к первой жизни и, в частности, каким образом примитивная клетка могла воспроизводить себя, эволюционировала, т.е. как она приводила к появлению новой жизни.

В последнее время учёные сумели объяснить все основные процессы, каким образом первые живые организмы на Земле возникли из неживой материи (например, журнал “Scientific American”, September, 2009). Эти процессы включают формирование нуклеотидов, состоящих из сахаров, фосфатов, оснований цианидов, ацетилена и воды, генетические молекулы РНК и ДНК, а также протоклетки, дающей рост первой жизни. Молекула РНК может быть сформирована из простых молекул имеющихся на ранней Земле до формирования первой жизни. Она была первым генетическим материалом сформировавшим жизнь на Земле вместе с ДНК, явившимся результатом эволюции позже. РНК порождает ДНК, которая в свою очередь порождает протеины. «РНК мир» включает в себя появление первого живого организма - протоклетки с РНК геномом, способной к самокопированию и Дарвиновской эволюции, тогда как «ДНК мир» включает бактериальную клетку с ДНК геномом, протеины и начало дерева жизни с общим предком для всего живого на Земле. Оба РНК и ДНК имеют длинные основания (от 2 до 40 в случае РНК и от 1000 до миллиона в случае типичного гена), которые включают сахара, фосфаты и простые молекулы - цианид, ацетилен, формальдегид и воду, имевшихся в ранней Земле. Нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) ответственны за генетический код и дают инструкции для всех процессов внутри клетки. Чтобы образовать протеины, нуклеиновые кислоты должны сформировать длинные и сложные цепи. Все молекулы ДНК во всех живых организмах на Земле имеют одинаковую структуру, хотя и разный набор генов, и отличаются друг от друга различным подключением их ДНК.

Итак, на первом этапе простые и органические молекулы, а также различные химические реакции привели к образованию нуклеотидов. Три компоненты нуклеотидов - сахара, фосфаты и нуклеиновые основания - образовались спонтанно из простых молекул. Затем нуклеотиды соединившись дали начало первой генетической молекуле - РНК, а затем, на более поздней стадии развития, молекулу ДНК. Нуклеиновые кислоты, представляющие совокупность нуклеотидов, содержат генетическую информацию. Следующий этап - образование примитивной клетки с РНК геномом, включающая мембрану и способной к самокопированию путём деления. Протоклетка начала эволюционировать. Метаболизм, включающий серию химических реакций, позволил протоклетке получать энергию из окружающей среды. Следующий этап - образование ДНК и появление новой клетки с ДНК геномом, играющей роль первичной генетической молекулы. РНК теперь выполняет промежуточную роль между ДНК и протеином. Возникает первая бактерия с ДНК геномом и мембраной. Она способна к самокопированию и способна эволюционировать. Если раньше РНК была ответственна за образование протеинов, теперь протеины принимают на себя функции РНК в осуществлении самокопирования клетки и метаболических процессов. Интересно, что старый парадокс - что появилось раньше «курица или яйцо» - находит на основе этих процессов простое объяснение: сначала была курица (нуклеиновые кислоты), а затем уже появилось яйцо (протеины). Затем протеины (яйцо) служили началом образования нуклеиновых кислот (курица).

Жизнь - это химическая система способная к самокопированию и Дарвиновской эволюции. Э. Шредингер, один из основателей квантовой механики, в своей книге «Жизнь с Точки Зрения Физика» дал следующее определение жизни: “The living systems is self-assemble against nature’s tendency toward disorder, or entropy”.

Подведём итоги. Жизнь началась после того как химические молекулы ранней Земли сформировали нуклеотиды, важные элементы РНК. Затем образовалась протоклетка с РНК геномом, на следующем этапе образовалась ДНК и первая бактерия с ДНК геномом. Бактерии оставались без изменений миллиарды лет и начали эволюционировать в более сложные организмы, когда началась эра под названием Cambrian explosion, когда мир животных эволюционировал из маленьких и примитивных организмов в многоклеточные организмы. В это же время на основе Дарвиновской эволюции появилось огромное разнообразие мира животных и около 5 млн. лет тому назад появились первые человекоподобные существа hominids. Недавно был обнаружен hominid Ardi, которому 4.4 млн. лет и который, возможно, является первой фазой в эволюции человека. Современный человек homo sapiens появился примерно 50,000-100,000 лет тому назад на юго-востоке Африки и позднее распространился по всему миру. 5000 лет тому назад были построены Египетские пирамиды. Около двести лет назад мы стали технологической цивилизацией, когда было открыто электричество, появились паровые машины и самолёты. Если это время сравнить с возрастом нашей Вселенной (14 млрд. лет), то оно составляет лишь 0.00001% от этого времени, т.е. мы являемся молодой цивилизацией, хотя и во многом преуспели. Другое сравнение основано на использовании космического календаря. Если принять, что вся история Вселенной равнялась одному году, то первые современные люди появились лишь две минуты назад, 11 секунд назад были построены египетские пирамиды, одну секунду назад Галилей и Кеплер доказали, что солнечной система является гелиоцентрической и лишь полсекунды назад мы стали технологической цивилизацией.

Давайте заглянем в наше будущее и зададим себе вопрос - закончилась ли наша эволюция. Чтобы ответить на этот вопрос нам следует понять, почему происходит эволюция, т.е. изменения в нашем организме во времени, и появляются ли в нашем геноме новые гены. Ответ на второй вопрос найден - да, дополнительные гены появляются и наша эволюция не только продолжается, но и ускоряется во времени. Ева Яблонски, теоретик в области биологии из Тель-авивского университета, опубликовала результаты своих исследований, согласно которым имеется более ста наследственных изменений, которые отсутствовали в последовательности ДНК. Эти изменения охватывают бактерии, грибы, растения, а также животных. Токсические вещества, диета и даже стресс могут быть причиной изменений в геноме. Мутации - причина возникновения новых ген. Сегодня мы изменяемся быстрее, чем за любые предыдущие периоды нашей истории.

Интересно, что сравнительно недавно было открыто ускорение нашей Вселенной. Нет ли какой-либо взаимосвязи между ускорениями Вселенной и ускорением нашей эволюции? Чтобы объяснить причину ускорения Вселенной, физики предположили существование тёмной энергии, т.е. особой силы отталкивания (a repulsive force), которая обусловливает ускорение Вселенной. Сегодня мы знаем немного о природе этой силы, несмотря на то, что сотни учёных around the world пытаются разгадать её структуру.

Время - самая фундаментальная характеристика Вселенной и оно ответственно за все изменения в нашем мире. Причина изменений в мире, возможно, состоит в том, что температура космоса сильно изменилась - от 1032К во времена Big Bang (эта температура триллион триллионов раз превышает температуру в центре самых горячих звёзд) до 3К сегодня (-270С) в течение 14 млрд. лет. Эта температура измерена по спектру остаточного излучения космоса, которое заполняет всю нашу Вселенную и которое является ярким доказательством реальности Big Bang и того факта, что было начало мира. Такое резкое уменьшение температуры космоса связано с её расширением (inflation). Разумеется, это расширение и спад температуры не могут не отражаться на скорости всех процессов внутри Вселенной, обусловливая изменения не только Вселенной, но и влияют на темпы нашей эволюции, которая будет продолжаться всегда, пока наша Вселенная существует и изменяется во времени. Если температура космоса упадёт до нуля, наша Вселенная погибнет, что будет означать конец эволюции и самой жизни. Любопытно, что из четырёх сценариев развития нашей Вселенной, которые рассматриваются в астрономии, имеется доказательство, что наша Вселенная в конечном счёте погибнет, вследствие безудержного расширения и спада температуры до абсолютного нуля. Такой вывод основан на анализе данных о взрывах так называемых «белых карликов» (white dwarf supernova explosion).

Тогда другой Big Bang возвестит о начале новой вселенной и нового мира. Эта новая вселенная пройдёт совершенно другой путь развития и в ней будут другие законы физики с другими фундаментальными постоянными, такими как скорость света, масса электрона, гравитационная постоянная и т.д., и, разумеется, другой жизнью. Сегодня учёные обсуждают вероятность существования других вселенных (multiverse), в которых также возможна жизнь, но основанная на других принципах и других законах природы.

Илья Гулькаров, Чикаго

Цианобактерии
Окаменелости цинобактерий возрастом 3,5 миллиарда были обнаружены в Западной Австралии. Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, является одним из видов бактерий, способных к фотосинтезу. Считается, что это сыграло определенную роль в формировании атмосферы Земли и сделало ее пригодной для жизни.

Губки
Губки появились 580 миллионов лет назад. Такие древне представители были найдены в Австралии, Китае и Монголии.

Медузы
Медузы появились 505 миллионов лет назад и относятся к группе кишечнополостных. К этой же группе относятся и кораллы, морские анемоны и другие обитатели морей.

Мечехвосты
Появились 450 миллионов лет назад. Мечехвостов считают живыми ископаемые. Эти членистоногие обитают в неглубоких океанических водах с мягким песчаным или илистым дном.

Латимерия
Эта редкая рыба появилась 400 миллионов лет назад. Последний экземпляр был пойман в 1998 году.

Гинкго
Появившееся 270 миллионов лет назад, Гинкго является единственным живым представителем гинкговых растений. Геологические катаклизмы почти полностью стерли этот вид с лица Земли.

Наутилус
Еще одно живое ископаемое, зародившееся 235 миллионов лет назад. Наутилус появился в конце триасового периода. Наутилусы встречаются в западной части Тихого океана.

Осетры
Осетры появились 200 миллионов лет назад и также относятся к ряду живых ископаемых, хоть они и изменились в процессе эволюции.

Martialis Heureka
Этот наиболее примитивный вид муравьев возник 100 миллионов лет назад и за все это время практически не изменился. Вид был обнаружен в бассейне Амазонки в 2000 году. Муравьи живут под землей.

Еще с детства у меня на полке стоит интересная книжка об истории нашей планеты, которую читают уже мои дети. Постараюсь кратко передать то, что мне запомнилось, и расскажу, когда появились живые организмы.

Когда появились первые живые организмы

Зарождение произошло благодаря ряду благоприятных условий не позже чем 3,5 млрд. лет назад - в архейскую эру. Первые представители живого мира имели простейшее строение, однако постепенно в результате естественного отбора сложились условия для усложнения организации организмов. Это привело к появлению совершенно новых форм.

Итак, последующие периоды развития жизни выглядят следующим образом:

• протерозой - начало существования первых примитивных многоклеточных, например, моллюсков и червей. Помимо этого в океанах развивались водоросли - предки сложноорганизованных растений;
• палеозой - это время разлива морей и значительных изменений в очертаниях суши, что привело к частичному вымиранию большей части животных и растений;
• мезозой - новый виток в развитии жизни, сопровождающийся возникновением массы видов с последующим прогрессивным видоизменением;
• кайнозой - особо важный этап - появление приматов и развитие из них человека. В это время планета приобрела привычные нам очертания суши.

Как выглядели первые организмы

Первые существа представляли собой небольшие комочки белков, совершенно не защищенные от какого-либо воздействия. Большая часть погибала, однако выжившие были вынуждены приспосабливаться, что положило начало эволюции.

Несмотря на всю простоту первых организмов, они обладали важными способностями:

• воспроизведение;
• усвоение веществ из окружающей среды.

Можно сказать, что нам повезло - в истории нашей планеты практически отсутствовали радикальные изменения климата. В противном случае даже малое изменение температуры могло уничтожить маленькую жизнь, а значит, не появился бы человек. Первые организмы не обладали ни скелетом, ни раковинами, поэтому ученым достаточно сложно проследить историю по геологическим отложениям. Единственное, что позволяет утверждать о жизни в архее - содержание пузырьков газа в древних кристаллах.

Согласно последним исследованиям учёных из Калифорнийского университета, жизнь зародилась на Земле 4,1 миллиона лет назад, через 300 миллионов лет после того, как планета сформировалась. По меркам космоса - это практически сразу же. И сразу же после появления, жизнь медленно, но уверенно начала захватывать каждый клочок пространства. Спустя триллионы поколений и мутаций появились те жизненные формы, которые мы можем наблюдать в наше время. Разумеется, эволюция продолжается и не закончится до момента уничтожения земного шара разросшимся Солнцем.

На протяжении миллионов и миллионов лет, жизнь принимала разные формы, была разных размеров и видов, многие из которых выглядели настолько инопланетно, что кажутся нам чуждыми. И чем глубже в историю копнуть, тем более странными эти виды могут показаться. Несмотря на постоянные изменения, многие виды живых организмов не претерпели изменений спустя сотни веков, пережив динозавров. Мы собрали 10 наиболее известных «живых ископаемых» со всей планеты.

Цианобактерии - 3,5 миллиарда лет

Если хотите выразить благодарность за своё существование - смело обращайтесь к цианобактериям. Иногда их называют сине-зелёными водорослями. Эти крошечные создания смогли практически невозможное: они изменили цепь химических реакций на поверхности планеты Земля, сделав её возможной для заселения более сложными организмами. Цианобактерии первыми начали использовать фотосинтез, выделяя в атмосферу кислород в качестве отходов жизнедеятельности. Это событие получило название «Великая оксигенация». Хоть и стоит благодарить цианобактерию за наше существование, активный рост популяции этих организмом привёл к тому, что они вытеснили все другие виды анаэробных организмов, которые попросту вымерли.

Колонии цианобактерий на фотографии с орбиты

Став доминирующим видом на планете, цианобактерии выделяли колоссальное количество кислорода, который, соединяясь с метаном, создавал углекислый газ. Это привело к изменению температурной среды, что, в свою очередь, стало угрозой для жизни самой бактерии. Помощь неожиданно пришла от живых организмов, для которых кислородная атмосфера стала комфортной. По сути, хлоропласт в современных растениях - симбиотический организм из колоний цианобактерий, объединённых в единую систему ещё в Докембрийскую эру. И кстати: с того времени только один вид живых существ смог настолько же радикально воздействовать на окружающую среду. И вы относитесь именно к нему.

Губки - 760 миллионов лет

Перемотаем значительный отрезок времени: перед нами обычная морская губка. Бактериям потребовались эпохи, чтобы развиться во что-то более сложное. На данный момент существует около 5 000 видов губок. И хоть они выглядят как растения, губки - это животные. Самым древним видом считается Otavia Antiqua, обнаруженная в горных породах пустынной Намибии. Этот вид был широко распространён в этой местности (тогда ещё находящейся под толщами воды) приблизительно 760 миллионов лет назад. Размер окаменелостей не превышает диаметра песчинки. Однако эти губки были первыми многоклеточными живыми организмами и предками всех живых организмов, которые можно отнести к «животным».

Один из наиболее часто встречающихся видов губок

Находка окаменелостей Otavia Antiqua доказала, что сложные организмы появились на планете раньше, чем предполагалось (до этого открытия считалось, что многоклеточные создания появились 600 миллионов лет назад). Эти данные соотносятся с теорией «молекулярных часов»: все варианты последовательности ДНК, вне зависимости от своей сложности, развиваются и эволюционируют с относительно перманентной и устойчивой скоростью. И согласно этой теории, первый сложный живой организм должен был появиться 750 миллионов лет назад.

Медузы - 505 миллионов лет

550 миллионов лет назад жизнь на планете была скудна: суша была пустынна, а в океане господствовали микробы и губки. Однако затем произошло событие, получившее название «Кембрийский взрыв», продолжительность которого составила несколько миллионов лет, и полностью изменило внешний вид Земли. В этот короткий, с точки зрения геологии, период, появилось огромное количество разнообразных видов живых организмов, некоторые из которых стали первыми хищниками. Причин, как считают современные учёные, было две: эволюция и насыщение кислородом. Виды стали бороться за выживание. Можно сказать, что именно тогда началась «гонка вооружений», которая не прекратилась до сих пор.

Как известно, мягкие ткани живых организмов редко подвергаются окаменению, но в 2007 году учёным удалось найти отпечаток самой древней медузы. На равнинах штата Юта было найдено 4 вида медуз, живших в этой местности более 500 миллионов лет назад (когда ещё здесь располагался океан, разумеется). За это время, медузы не сильно изменились: то же колоколообразное тело, жгуты и щупальца. При этом медузы населяли землю за 200 миллионов лет до того, как нам представлялось.

Мечехвосты - 455 миллионов лет

Мечехвосты как никто другой подходит под титул «ожившей окаменелости». Они напоминают крабов, но на самом деле относятся к арахнидам, а значит ближе всего к ним пауки и скорпионы. Благодаря незначительным изменениям среды обитания, эти древние создания мало изменились за последние 455 миллионов лет.

Мечехвосты настолько давно существуют в океанской экосистеме, что от них напрямую зависит вопрос выживание десятков видов живых существ: самка откладывает около 90 000 яиц, но только 10 из них дают новую жизнь, все остальные же становятся пищей для других организмов.

Внешнее строение мечехвостов

Кровь мечехвостов имеет голубой цвет, так как в её составе много меди, которая окисляется при взаимодействии с солёной водой. У них отсутствуют белые кровяные клетки, которые призваны бороться с инфекцией. Тем не менее их организм научился локализировать болезнь, не позволяя ей распространяться по всему телу - опять же, из-за специфического состава крови. Нет ничего удивительного в том, что на чёрном рынке медикаментов кровь меченосца может стоить до 15 000 долларов за литр!

Плащеносные акулы - 450 миллионов лет

Эти существа в равной степени неуловимы и ужасны. Настоящие монстры из глубин океана. Этот вид акул обитает в глубоких слоях воды вдоль побережья во многих климатических поясах планеты. Первые два пойманных экземпляра были описаны в 1881 году. Их обнаружили в Токийском заливе. Есть версия, что именно плащеносная акула стала мифическим морским змеем, пугавшим моряков на протяжении веков. Как бы то ни было, этот вид является одним из древнейших. Эти относительно небольшие рыбы (могут достигать полутора метров в длину) крайне редко показываются людям. Понаблюдать их в естественной среде обитания получилось лишь в 2004 году.

Хоть плащеносная акула и напоминает мумифицированную змею, её рот поистине ужасен: в нём находится 300 острейших зубов, снабжённых зазубринами. Хотя учёные до сих пор не видели плащеносную акулу на охоте, существует теория, согласно которой, хищник привлекает морских обитателей белизной клыков, а затем молниеносно нападает, подобно наземной змее. Ещё один замечательный факт об этом создании: срок беременности плащеносной акулы вдвое больше, чем у африканского слона - 42 месяца. Как полагают ихтиологи, это связано с глубоководным давлением.

Неолектомицеты - 400 миллионов лет

До 1969 года грибы принадлежали к царству растений. В этом нет ничего удивительного: у них есть стебель, корневая система, статичность, способы получение питательных веществ. Однако позже выяснилось, что у них гораздо больше общего с животными, поэтому грибы были определены в отельное биологическое царство. Так уж получается, что грибы - первые сложные организмы, вышедшие на сушу. Это произошло приблизительно 450 миллионов лет назад. Tortotubus является наиболее древним видом, найденном среди окаменелостей.

Один из наиболее древних живых ископаемых

Чем же грибы помогли другим видам приспособиться к наземной жизни? Они создали все те питательные вещества, благодаря которым верхний слой пород стал почвой, насыщенной кислородом и азотом.

Неолектомицеты, сложные грибы, появились на планете 400 миллионов лет назад. Ближайшие родственники этого вида - дрожжи. Однако сам факт того, что этот вид прожил на Земле так долго и распространён по всей планете, говорит о его невероятной живучести (он пережил даже расхождение континентов и все глобальные вымирания).

Целаканты - 360 миллионов лет

Не так давно целаканты считались вымершим видом кистепёрых рыб, предков земноводных. Самая древняя обнаруженная окаменелость насчитывает 360 миллионов лет, самая «молодая» - 80 миллионов лет. В связи с находками, учёные сделали вывод, что этот вид погиб во время динозавров (около 65 миллионов лет назад). Каково же было удивление научного сообщества, когда в 1938 году возле берегов Южной Африки был пойман живой экземпляр! Вид был назван Latimeria Chalumnae. Затем, возле Индонезии был найден другой вид. На данный момент обнаружено лишь два вида целакантов, но в период расцвета их было более 90.

Заспиртованная особь, хранящаяся в Британском музее

Целаканты отличаются от других видов ныне живущих рыб: у них есть особый орган, с помощью которого они ощущают электромагнитное поле других живых существ. Это идеальное орудие для охоты в кромешной тьме. Кроме того, ещё челюсти прикреплены к черепу таким образом, что целакант может открывать рот гораздо шире, нежели другие рыбы (конструкция чем-то напоминает качели). Также примечательны плавники целакантов - они имеют костную поддержку, поэтому рыбы могут на них даже опираться. В дальнейшем эволюционном развитии, именно такая конструкция превратилась в лапы и ноги.

Дерево гинкго - 270 миллионов лет

Гингко билоба - древнейший вид растений, всё ещё живущих на планете. Как и неолекты, гинкго не имеет среди представителей фауны близких родственников. Наиболее близки гингко к семейству саговниковых, которые появились 360 миллионов лет назад.

Гинкго билоба - особый вид растений

Больше всего окаменелых останков гингко билоба обнаружено в Узбекистане. Раскопки позволили доказать, что вид процветал во время юрского периода (206–144 миллиона лет назад). Изменения климата, произошедшие 65 миллионов лет назад, погубили не только гигантских ящеров: из нескольких видов в живых остался только гингко билоба, произрастающий сейчас лишь в нескольких локальных зонах на территории Китая. Этот вид характеризуется чрезвычайной живучестью и долголетием: самому старому дереву, Древу Мейденхейр, исполнилось три с половиной тысячи лет.

Утконосы - 120 миллионов лет

Безусловно, утконос является самым странным из живущих на планете живых существ. Можно сказать, что утконосы - это что-то среднее между животными, птицами и рептилиями. Гибрид, достойный отдельной книги в средневековом бестиарии. Это млекопитающее, так как у него есть молочные железы для кормления детёнышей. Но детёныши вылупляются из яиц. Такой способ рождения есть только у утконосов и ехидн, найденных на территории Австралии и Новой Гвинее. Клюв и мех - чудное сочетание. Добавьте к этому способ передвижения рептилий и ядовитые шипы на локтях. Ко всему прочему, у этого вида не две пары хромосом (XX и XY), а целых пять! Если и есть инопланетные создания на Земле, то к ним можно отнести утконосов (и осьминогов).

Учёные считают, что однопроходные стали отдельным видом примерно 120 миллионов лет назад и с тех пор медленно эволюционировали из-за медленного метаболизма и скорости дыхания. Кроме того, места обитания были мало подвержены делению экосистемы по системе хищник/травоядный - в естественной среде у утконосов просто нет врагов.

Марсианские муравьи (Martialis Heureka) – 120 миллионов лет

Названные так из-за своего космического вида, Martialis Heureka стали отдельным видом 120 миллионов лет назад. Это древнейший вид муравьёв, обнаруженный лишь в 2003 году в девственных лесах Амазонки.

Марсианский муравей вблизи

Этот вид близок к осам, как никакой другой, и его внешний вид весьма далёк от внешности других муравьёв (именно поэтому учёные дали ему такое «говорящее» название).

Отсутствие глаз и бледный цвет дают подсказку - это подземное создание, выходящее на поверхность лишь ночью. Основой его рациона служат мягкотелые личинки других насекомых, таких как термиты.

Земля имеет ещё много неизученных уголков в глубинах вод, полярных льдах, диких джунглях и жарких пустынях. И не исключено, что в скором времени многие виды живых существ, считавшихся вымершими, снова заявят о своём существовании. Например, плезиозавр по имени Несси.

3. ПЕРВЫЕ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Строение первых живых организмов хотя и было гораздо совершеннее, чем у коацерватных капелек, но все же оно было несравненно проще нынешних живых существ. Естественный отбор, начавшийся в коацерватных капельках, продолжался и с появлением жизни. В течение долгого времени строение живых существ все более улучшалось, приспособлялось к условиям существования (Рис.7).

Рисунок 7. Нитевидная форма бактерий и колония бактерий

Вначале пищей для живых существ были только органические вещества, возникшие из первичных углеводородов. Но с течением времени количество таких веществ уменьшилось. В этих условиях первичные живые организмы выработали в себе способность строить органические вещества из элементов неорганической природы -- из углекислоты и воды. В процессе последовательного развития у них появилась способность поглощать энергию солнечного луча, разлагать за счет нее углекислоту и строить в своем теле из ее углерода и воды органические вещества. Так возникли простейшие растения -- сине-зеленые водоросли (Рис.8).

Рисунок 8. Сине-зеленые водоросли

Остатки сине-зеленых водорослей обнаруживаются в древнейших отложениях земной коры.

Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но пищей им стали служить первичные растения. Так возникли в своем первоначальном виде животные.

На заре жизни и растения, и животные были мельчайшими одноклеточными существами, подобными живущим в наше время бактериям, сине-зеленым водорослям, амебам. Большим событием в истории последовательного развития живой природы стало возникновение многоклеточных организмов, т. е. живых существ, состоящих из многих клеток, объединенных в один организм. Постепенно, но значительно быстрее, чем раньше, живые организмы становились все сложнее и разнообразнее.

С образованием сложных ультра молекулярных систем (пробионтов) включающих нуклеиновые кислоты, белки ферменты и механизм генетического кода, появляется жизнь на Земле. Пробионты нуждались в различных химических соединениях -- нуклеотидах, аминокислотах и др. Из-за низкой степени генетической информации, пробионты обладали достаточно ограниченными возможностями. Дело в том, что они использовали для своего роста готовые органические соединения, синтезированные в ходе химической эволюции, и если бы жизнь на своем раннем этапе существовала только в форме одного вида организмов, то первичный бульон был бы достаточно быстро исчерпан.

Однако благодаря тенденции к приобретению большого разнообразия свойств, и в первую очередь, к возникновению способности синтезировать органические вещества из неорганических соединений с использованием солнечного света, этого не произошло.

В начале следующего этапа образуются биологические мембраны-органеллы, ответственные за форму, структуру, активность клетки (Рис. 9).

Рисунок 9. Мембранные органеллы - эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды

Биологические мембраны построены из агрегатов белков и липидов, способных отграничить органическое вещество от среды и служить защитной молекулярной оболочкой. Предполагается, что образование мембран могло начаться еще в процессе формирования коацерватов. Но для перехода от коацерватов к живой материи были необходимы не только мембраны, но и катализаторы химических процессов -- ферменты или энзимы. Отбор коацерватов усиливал накопление белковоподобных полимеров, ответственных за ускорение химических реакций. Результаты отбора фиксировались в строении нуклеиновых кислот. Система успешно работающих последовательностей нуклеотидов в ДНК усовершенствовалась именно путем отбора. Возникновение самоорганизации зависело как от исходных химических предпосылок, так и от конкретных условий земной среды. Самоорганизация возникла как реакция на определенные условия. При самоорганизации отсеивалось множество различных неудачных вариантов, до тех пор, пока основные черты строения нуклеиновых кислот и белков не достигли оптимального соотношения с точки зрения естественного отбора.

Благодаря предбиологическому отбору самих систем, а не только отдельных молекул, системы приобрели способность совершенствовать свою организацию. Это был уже следующий уровень биохимической эволюции, который обеспечивал возрастание их информационных возможностей. На последнем этапе эволюции обособленных органических систем сформировался генетический код (Рис.10). После образования генетического кода эволюция развивается вариациями. Чем дальше она продвигается во времени, тем многочисленнее и сложнее вариации.

Рисунок 10. Генетический код в виде таблицы и графического рисунка

Однажды возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами показывая ускорение эволюции во времени. Так, развитие от первичных пробионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как для становления человека потребовалось около 3 млн лет.

Влияние токсикантов на личиночное развитие озерной лягушки

В последние годы во всём мире сельскохозяйственной продукции, выращенной без применения пестицидов, отдаётся большое предпочтение. В практику сельского хозяйства внедряются многочисленные безъядные препараты, способные заменить пестициды...

Генетически модифицированные организмы. Принципы получения, применение

Гетеротрофные организмы. Окисление органических веществ (дыхание) для энергетического обеспечения жизнедеятельности

Гетеротрофные организмы, гетеротрофы, организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения (в отличие от автотрофных организмов...

Гигиена воды

Использование типичных кишечных организмов в качестве индикаторов фекального загрязнения (а не самих патогенных агентов) является общепризнанным принципом мониторинга и оценки микробиологической безопасности водоснабжения...

Жизнь на Марсе и спутниках Юпитера

Первые утверждения о возможности жизни на Марсе относятся к середине XVII века, когда впервые были обнаружены и опознаны полярные шапки Марса; в конце XVIII века Уильямом Гершелем было доказано сезонное уменьшение...

Эпоха великих открытий и изобретений, отметившая начало нового периода истории человечества, произвела революцию и в естественных науках. Открытие новых стран принесло сведения об огромном количестве физических фактов, неизвестных ранее...

История развития метеорологии как науки

Путешественники и мореплаватели древности уже весьма давно обратили внимание на различие климатов тех или других стран, которые им довелось посетить. Климатология, таким образом, в течение веков шла рука об руку с географией...

Концепции современного естествознания

Современная космология возникла в начале ХХ в. после создания релятивистской теории тяготения. Первая релятивистская модель, основанная на новой теории тяготения и претендующая на описание всей Вселенной, была построена А. Эйнштейном в 1917 г...

Основные проблемы генетики и роль воспроизводства в развитии живогов развитии живого

Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для конструирования последовательностей ДНК, нужную исследователям...

Первым представителем рода Homo многие исследователи считают Homo habilis - Человека умелого, а также Homo rudolfensis Человека рудольфского...

Основные этапы эволюции приматов

В 1959 году рядом с костными остатками Зинджантропа бойсова, впоследствии отнесенного к массивным австралопитекам, Лики обнаружил грубые каменные орудия. Искусственность обработки гальки не вызывала сомнений...

Особенности биологии и экологии Аphroditiformia Баренцева моря

Чешуйчатые многощетинковые черви с давних пор привлекают внимание исследователей. Уже Линней в десятом издании своей Systema naturae (1758) выделил в качестве самостоятельного рода Aphrodita aculeata...

Цветные озера мира

Итак, в предыдущем параграфе нашей работы мы убедились в том, что многие озера синего, голубого, зеленого, жёлтого, белого...

Человек как предмет естествознания и обществознания

Живые организмы не только улавливают свет и тепло солнца и луны, но и обладают различными механизмами, точно определяющими положение Солнца, реагирующими на ритм приливов, фазы луны и движение нашей планеты. Они растут и размножаются в ритме...