Зарождение жизни [Руслан Рустемович Габдуллин] (pdf) читать онлайн
Книга в формате pdf! Изображения и текст могут не отображаться!
[Настройки текста] [Cбросить фильтры]
Ш вй %
ВСЕ, ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ Я Ц
ВСЕ, О ЧЕМ ИНТЕРЕСНО ЧИТАТЬ!
, '■
ДОИЩРИИГСШ
/WHOrlD
БИБЛИОТЕКА ШКОЛЬНИКА
ОЛМА Медиа Групп
2013
УДК 087.5:56(031)
ББК 28.1
3-35
3-35
Зарождение жизни. —М .: ОЛМА Медиа Групп, 2013. — 62 [2] с .:
ил. — (Библиотека школьника).
ISBN 978-5-373-05820-9
Книга «Зарождение жизни» в увлекательных и информативных очер
ках расскажет о событиях, происходивших миллионы и миллионы лет на
зад: об истории возникновения жизни на Земле и о самых первых живых
существах.
УДК 0 8 7 .5 :5 6 (0 3 1 )
Б Б К 28.1
ISBN 978-5-373-05820-9
О ЗАО «ОЛМА Медиа Групп»,
оригинал-макет, издание, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Как зародилась жизнь?................................................................ 4
Счастливая случайность.............................................................. 6
...Или закономерность?...............................................................10
Характеристика докембрийского времени............................ 18
Земля и другие планеты Солнечной системы......................... 22
Кислородная интоксикация......................................................27
Всплеск жизни............................................................................29
Маленькие против больших......................................................32
Заключение................................................................................. 37
Характеристика периодов. Кембрий, ордовик, силур............ 40
Кембрийское м о р е.................................................................... 46
Холод и смерть в ордовике....................................................... 49
Подводная охота.........................................................................54
Микроскопические сражения...................................................60
Заключение................................................................................. 63
Как зародилась жизнь?
М о ж е т ли случиться так, что чело
век, ничего не понимающий в технике,
совершенно случайно, долго и разно
образно комбинируя детали, соберёт из
них... работающий телевизор? Трудно
представить, но чудеса случаются. А те
перь попробуем так.- может ли один теле
визор собрать другой телевизор? «Чушь!
Невозможно!» — скажете вы.
От большого и сложного телевизора
переведём свой взгляд (предварительно
вооружившись микроскопом с много
кратным усилением) на самое простое
одноклеточное существо — бактерию.
Эта невидимая человеческому глазу
крошка не так-то примитивна, как мож
но подумать. Она образована длинной
Разнообразие одноклеточных.
5
Бактерия.
самые первые? Точного ответа на этот
вопрос не существует.
У астрономов и геологов почти нет
расхождений во взглядах на образование
нашей Вселенной. Можно лишь спорить
о времени, длительности и конкретных
механизмах этого процесса. Жизнь, по
всей видимости, возникла уже после об
разования нашей Вселенной. И наверня
ка процесс её зарождения во многом был
похож на механизмы образования Все
ленной, но только в несравнимо меньшем
масштабе. Но это всё слова ни о чём и не
могут нам помочь в выяснении величай
шей тайны. Людям ещё предстоит найти
ответы на многие вопросы — например,
как и «кто» собрал первую живую клетку
или она всё-таки «собралась» сама? При
каких обстоятельствах во Вселенной за
родилась жизнь? Случайный это процесс
или закономерный?
Как зародилась жизнь?
цепочкой органических молекул и при
этом способна сама воспроизводить
себя, т. е. размножаться. Получается, что
маленькая бактерия в несопоставимое
число раз сложнее телевизора. В поль
зу её сложности говорит и такой факт:
если телевизор, как и любой механизм,
может работать без каких-то деталек
(пусть даже при этом возникнут пробле
мы с цветом или звуком), то бактерия —
нет. Только «собранная» на все 100%, она
будет полноценным жизнеспособным
организмом.
Если одна из самых примитивных
форм жизни на самом деле так сложно
устроена, что уж говорить о более со
вершенных и развитых организмах. Бо
лее-менее понятно и представимо, как
в процессе эволюционного развития из
простых существ со временем появи
лись более сложные, но как же возникли
Счастливая случайность...
Д о п у с т и м , что образование жизни —
случайность. Во Вселенной 1023 звёзд.
Пока мы достоверно знаем, что только
на одной планете (Земле) и только в од
ной системе (Солнечной) есть жизнь.
Если учёным совершенно точно станет
известно, что больше нигде во Вселен
ной жизни нет, то можно будет поверить
в счастливое стечение обстоятельств.
Тогда стоит признать, что всем нам
очень сильно повезло, ведь шансы слу
чайного возникновения даже микроско
пической, но в действительности очень
сложно устроенной жизнеспособной
бактерии ничтожно малы.
Учёные предполагают, что около 10%
планет во Вселенной отчасти похожи
на нашу, а это значит, что жизнь на них
может или могла существовать либо —
кто знает? — появится в будущем. И если
хотя бы на одной планете удастся найти
следы жизни, нам придётся полностью
пересмотреть свои взгляды на возник
новение и существование жизни в на
шей Вселенной. Ведь жизнь перестанет
считаться уникальным, исключительно
Планеты Солнечной системы: Марс, Земля, Венера.
7
Счастливая случайность...
«земным» явлением. Тогда предстоит
найти объяснение феномену широкого
распространения жизни и начать рас
суждать на различные темы, например:
«Появилась ли жизнь везде одновремен
но?» или «Может ли жизнь кочевать с
планеты на планету?»
Но сначала нужно ответить на другой
вопрос: почему жизнь есть на Земле, но
её нет на планетах, находящихся в не
посредственной (по космическим мер
кам) близости к ней, — Марсе и Венере?
Некоторые исследователи заявляют: воз
можно, она там была, но потом исчезла.
И если будут найдены следы прошлой
жизни на Марсе или Венере — не говоря
уж о доказательствах жизни, существую
щей сейчас, — тогда зарождение жизни
на Земле перестанет выглядеть случай
ным событием, и придётся признать, что
есть некая закономерность, которой мы
не понимаем.
На основе анализа эволюции нашей
Вселенной, галактики Млечный Путь и
Солнечной системы учёные высказы
вают мнение, что жизнь во Вселенной
может существовать по крайней мере
последние 13 млрд лет. Другое дело, в
какой форме она существует. Живое на
Земле и живое на других планетах мо
гут сильно различаться — всё зависит от
условий окружающей среды. Например,
если сила тяжести на некоторой обита
емой планете окажется больше, чем на
Земле, то все населяющие её существа
будут вынуждены «распластаться» по
поверхности. Вероятно, они обзаве
дутся приземистым широким телом с
короткими бочонкообразными конеч
ностями. Или выберут другую страте
гию — «сделают» себе червеподобное
тело или станут похожи на многоножку.
Наоборот, на планете со слабой грави
тацией наверняка будут жить существа
очень высокого роста с тонкими ко
нечностями (как в фильме «Аватар»).
Вселенная может содержать в себе со
ставные части для зарождения жизни
или живых организмов. Известно, что
в ней существует по меньшей мере 94
элемента, а всё живое состоит из со
единений только четырёх элементов —
кислорода, водорода, углерода и азота.
Сванте Аррениус.
То есть теоретически во Вселенной есть
всё для возникновения жизни, а значит,
она могла быть принесена на Землю из
космоса. Ещё в конце XIX в. шведский
физик и химик Сванте Аррениус пред
положил, что на Землю с метеоритами
или кометами были занесены споры
микроорганизмов, рассеянных по всей
Вселенной. Это учение позднее полу
чило название «гипотеза панспермии»
(от греч. pan — «всё» и sperma — «семя»).
Последние исследования не обнару
жили в космосе бактерий или вирусов,
однако аминокислоты, спирты, углево
дороды и другие соединения, способ
ные образовать первичные организмы,
присутствуют в метеоритах и кометах,
а также в космической пыли, в обилии
выпадающей на Землю. А в некоторых
метеоритах найдено нечто, похожее на
окаменелости — так называемые про
блематичные окаменелости, — в кото
рых ряд учёных «опознают» споры рас
тений или грибов, водоросли или даже
остатки членистоногих.
Счастливая случайность...
8
«Звёздный десант»: фантастика или
реальность?
Если допустить правоту теории пан
спермии, то метеорит со «звёздным де
сантом» должен был упасть в воду или
снег — т. е. на планете уже должна была
быть вода, «колыбель жизни». Почему?
Да потому, что живые организмы, упади
метеорит на раскалённую, дымящуюся
планету, вряд ли смогли бы уцелеть. Кос
мический пришелец попросту утонул
бы в лаве и расплавился. А вот при паде
нии метеорита в воду или снег шансы за
рождения жизни резко возрастают. Вода
или снег могли частично амортизиро
вать удар и погасить скорость небесного
гостя. Кроме того, разогретая от трения
в атмосфере поверхность метеорита
при контакте с водой или снегом мгно
венно бы треснула из-за перепада темпе
ратур и раскрылась, как скорлупа ореха,
высвободив ту часть, в которой после
длительного перелёта могла бы сохра
ниться жизнь. А главное, эти условные
живые клетки попали бы в водную сре
ду, где сумели бы не только выжить, но и
размножиться.
Сторонники гипотезы панспермии
предполагают, что жизнь, однажды
возникнув где-то в глубине космоса,
«кочевала» из одной звёздной систе
мы в другую. Возможно, на той плане
те, где она первоначально появилась,
сейчас её уже нет, да и Земля — лишь
промежуточная остановка в долгом
космическом путешествии жизни. Это
не исключает возможности её сущес
твования и в других мирах, где в силу
благоприятных обстоятельств она
могла сохраниться до нынешнего мо
мента. Очевидно, что те, кто убеждён
в верности этой гипотезы, не считают
жизнь уникальным явлением. Иными
словами, они полагают, что жизнь рано
или поздно может появиться на любой
планете — если туда попадёт «звёздный
десант» и если там имеются подходя
щие для жизни условия. Подтвержде
нием этой гипотезы могло бы стать
обнаружение в разных звёздных систе
мах жизни или её следов — и при этом
все организмы должны иметь один ге
нетический код. Именно это означало
бы, что все живые организмы во Все
ленной — родственники.
А если обнаружатся организмы, име
ющие разный генетический код? В та
ком случае возможны два объяснения.
Первое — что существовало несколько
точек возникновения жизни, а потом и
несколько маршрутов её расселения. На
какую-то планету могли попасть бакте
рии из разных мест, но выжили только
одни. Однако, с учётом безграничности
Вселенной, стоит признать, что шан
сы одновременного занесения жизни
из разных мест на одну и ту же планету
практически ничтожны. Более вероят
но, что эти события происходили не
одновременно и «опоздавшие» колонис
ты не нашли себе места на уже обжитой
планете (и, как следствие, погибли); так
же возможно, что они оказались на уже
безжизненном небесном теле, на руинах
экосистемы, погибшей в результате ка
кой-то биологической катастрофы.
Другое объяснение разности генети
ческих кодов может быть таким. Вдруг
процесс зарождения жизни не случайный,
вероятностный, а имеет некоторый меха
низм, пока нам непонятный? Или жизнь
появляется при определённых условиях,
складывающихся на планете, и, таким
образом, является их закономерным ре
зультатом? Следовательно, необходимо
выяснить, что это за условия и при каких
обстоятельствах они возникают.
9
Тихоходка.
мы жизни? Именно это обстоятельство
и является весомым аргументом против
такого сценария. Однако сторонники те
ории «звёздного десанта» допускают, что
внутри или на поверхности тела червей
или тихоходок могли быть бактерии, раз
нообразные паразитарные организмы,
споры растений или грибов.
Существует и гипотеза искусственной
панспермии. Её сторонники спрашивают:
что мешало каким-нибудь высокоразви
тым существам «от скуки» или с целью
эксперимента отправить «звёздный де
сант» в глубины Вселенной? До каждой
ли планеты долетел контейнер с «посе
ленцами» или это была выборочная меж
галактическая «посевная» — остаётся
только гадать, впрочем, как и о составе
«звёздного десанта» или способе его
транспортировки.
Ледяные черви Аляски.
Счастливая случайность...
Звездный десант
Если первые живые организмы приле
тели на Землю из космоса — какими они
были? Традиционно считается, что это
могли быть самые простые существа —
например, бактерии. И со временем в
ходе эволюции от них произошли более
прогрессивные и сложно устроенные ор
ганизмы: растения, грибы и животные.
Это самый простой сценарий.
Некоторые учёные на роль организ
мов, принесённых из космоса на Землю,
предлагают необычных животных — ти
хоходок. Это крошечные (до 1 мм дли
ной), примитивно устроенные беспозво
ночные с одной парой глаз и четырьмя
парами ног. Они невероятно живучи и
способны жить в интервале температур
от -2 7 3 до +150 °С. Тихоходки активны в
воде, а при высыхании впадают в спячку,
которая может длиться несколько веков!
Самым древним найденным остаткам
65 млн лет, но, без сомнения, эти сущест
ва гораздо более древние.
Другими животными-«десантниками»
могут быть ледяные черви, обитающие
в горных ледниках Аляски и арктической
Канады. Они способны обходиться без
пищи в течение двух лет, а при заморажи
вании не погибают и могут годами ждать
потепления хотя бы до 0 °С, выдерживая
неограниченное количество циклов замо
раживания и размораживания.
Однако беспозвоночные и черви —
это уже очень высокий уровень раз
вития. Если бы из космоса прилетели
столь сложно устроенные существа, то
как возникли более примитивные фор-
...Или закономерность?
И
ж Атак,
предположим, что жизнь на
нашей планете возникла автономно,
независимо от той, которая, вероятно,
существует во Вселенной, при благопри
ятном стечении обстоятельств. Это яв
ление может быть как уникальным (если
нигде, кроме Земли, жизни нет), так и
повторяющимся (если на других плане
тах будут найдены следы жизни с другим
генетическим кодом), но в любом случае
это принципиально другой сценарий,
отличный от всех возможных вариантов
панспермии.
Попробуем выстроить цепочку собы
тий, которые могли привести к появле
нию жизни на нашей планете. Во-пер
вых, на Земле должны были возникнуть
Возможно, «новорождённая» Земля
выглядела именно так.
исходные компоненты для «приготовле
ния» жизни — различные органические
соединения, а во-вторых — сложиться
условия, при которых из этих компо
нентов образовались бы первые живые
организмы.
Автономное зарождение жизни на
Земле могло произойти только после
образования на её поверхности воды,
так как известные нам самые примитив
ные формы жизни, например однокле
точные растения — водоросли и про
стейшие животные, — живут в воде, или,
точнее, в жидкости. Вода — это не обя
зательно океан, озеро или река. Одной
капли в почве или под камнем будет до
статочно. Известно, что вода появилась
на нашей планете около 4 —3,5 млрд лет
назад, а приблизительно 3,8—3,5 млрд
лет назад возникли первые бактерии.
11
А. И. Опарин и его коллега за работой
в лаборатории.
образования аминокислот на древней
Земле. В аппарате Миллера — Юри была
воссоздана протоатмосфера из метана,
аммиака, водорода и паров воды, а также
протогидросфера из дистиллированной
воды. Через эту смесь пропускали раз
ряды электрического тока, имитировав
шие разряды молний. Через несколько
дней в «протоокеане» обнаружились
аминокислоты.
Однако многие учёные сочли резуль
таты, полученные Миллером и Юри,
недостоверными, и дальнейший анализ
эксперимента подтвердил это. Образо
вавшиеся аминокислоты Миллер и Юри
сразу же изолировали с помощью меха
низма «холодного капкана» (холодиль
ника), который вряд ли существовал в
природе. Состав первичной атмосферы
в опыте был некорректен. Дальнейшие
исследования показали, что атмосфера
должна была состоять из азота, двуоки
си углерода и водяного пара, которые
не столь благоприятны для образова
ния органических молекул. Позднее
американские учёные повторили опыт
Миллера по приведённому автором
описанию с новым составом протоат
мосферы, но не добились успеха. Ещё
позже выяснилось, что в состав древ-
Или закономерность?
В 1923 г. русский академик А. И. Опа
рин опубликовал свою гипотезу о про
исхождении живых существ из мёртвых,
безжизненных веществ. Ход его рассуждений был следующим. В результате
взаимодействия извергнутых из недр
огненно-жидких карбидов (соединений
углерода и железа) с паром протоатмо
сферы образовались углеводороды, ко
торые сначала существовали в протоат
мосфере в газообразном состоянии. Во
время «великого дождя», когда на Землю
выпала вода и другие охладившиеся ве
щества, вместе с водой в новом океане
оказались и углеводороды. Углеводоро
ды вступали друг с другом в химические
реакции, пока случайно не образовались
белки — более сложные органические
вещества, из которых построены живые
организмы.
Белковые вещества при смешивании
их растворов могут образовывать мел
кие капли, или коацерваты. Они обла
дают очень простым и неустойчивым
внутренним строением, но способны
улавливать из окружающего их раствора
другие вещества, за счет чего увеличива
ются в размере и весе. Скорость роста и
дальнейшая судьба таких капель была не
одинакова: одни распадались на состав
ные части, давая материал для строи
тельства новых, другие оказались более
устойчивы. Капли активно поглощали
окружающий их органический матери
ал и были вынуждены вести конкурент
ную борьбу друг с другом. Так в резуль
тате естественного отбора возникли
самые примитивные организмы — про
стейшие живые существа.
Современные исследования показа
ли малую вероятность такой последо
вательности событий, поэтому гипотеза
А. И. Опарина в настоящее время всерьёз
не рассматривается. Главным её недо
статком является то, что коацерваты не
льзя считать живыми, потому что они не
могут «по своей воле» размножаться.
В 195 3 г. аспирант Чикагского универ
ситета Стэнли Миллер и его учитель из
вестный химик Гарольд Юри с помощью
экспериментальной установки смоде
лировали условия зарождения жизни.
Они хотели доказать возможность само-
Или закономерность?
12
Схема экспериментальной установки
Миллера — Юри.
ней атмосферы входил и кислород в
количествах хотя и незначительных, но
вполне достаточных для разрушения
(окисления) рождающихся аминокис
лот. Если бы в опыте был использован
кислород, то метан превратился бы в
двуокись углерода и воду, а аммиак — в
азот и воду и никаких аминокислот не
получилось бы вовсе.
Несмотря на все замечания, гипоте
за Опарина и эксперимент Миллера —
Юри сыграли важную роль в изучении
тайны зарождения жизни. Во всяком
случае, стало совершенно очевидно,
что жизнь может возникнуть только на
геологически активной планете, недра
которой горячи. Горячие недра вызыва
ют движение крупных участков земной
коры и вулканическую деятельность,
рельеф постоянно изменяется, а атмо
Углерод — удивительный элемент.
Это и невероятно твёрдый алмаз, и мяг
кий графит, имеющие один и тот же хи
мический состав, одну и ту же формулу.
Разные физические свойства этих двух
веществ определяются разным спосо
бом группировки атомов, что напомина
ет строительство принципиально разных
сооружений из одного и того же матери
ала. Например, из одинакового количес
тва брёвен можно построить приземис
тый крепкий сруб или высокую ажурную
башню.
сфера и гидросфера насыщаются раз
личными химическими соединениями.
Растворы и газы из глубин планеты по
ступают на её поверхность, и происхо
дят разнообразные реакции между ними
и горными породами, что в итоге может
создать условия для образования живого
организма из множества исходных ор
ганических соединений.
Но обсудим состав живого вещест
ва. Несмотря на всё разнообразие форм
жизни, живые клетки (элементарные
системы жизни) разных организмов по
химическому составу почти одинаковы.
В среднем в килограмме живой ткани
можно найти 650 г кислорода, 180 г уг
лерода, 100 г водорода и 30 г азота, при
этом по количеству атомов лидирует во
дород (48%), затем идёт кислород (25%),
потом — углерод (24%) и, наконец, —
азот (2%). 1% количества атомов и 40 г
массы — это микроэлементы, такие как
фосфор (Р), сера (S), кальций (Са), калий
(К), магний (Mg), натрий (Na), железо
(Fe) и др. Атомы образуют химические
соединения, которые называют моле
кулами. Дтя жизни наиболее важным
элементом является углерод, который
может образовывать самые различные
химические соединения, в том числе и
длинные цепочки молекул.
Если рассматривать состав клетки
или живой ткани уже с позиции веществ
(т. е. соединений молекул), то от 75 до
95% приходится на воду (Н20 ), около
1% — на минеральные соли, а всё осталь
ное — на органику, которая представле-
13
пасают её в виде крахмала). Ещё углево
ды — строительный материал: это цел
люлоза у растений и хитин у насекомых.
Второй класс — это липиды, или
жиры, состоящие в основном из углеро
да и водорода. Липиды нужны для обра
зования клеточной мембраны и запаса
ния энергии (жир).
Клеточная мембрана
Мембрана отграничила организм от
внешнего мира, и так возникла клетка.
Именно мембрана выполняет барьерную
функцию, т. е. отграничивает внутреннее
содержимое клетки. Кроме того, она при
даёт определённую форму клетке и упо
рядочивает её внутреннее содержимое.
Также важной функцией мембраны явля
ется защита: она, как ворота замка, изби
рательно что-то пропускает внутрь или
выпускает наружу. Мембрана регулирует
импорт и экспорт веществ. Посредством
мембраны клетка может воспринимать
информацию о температуре, давлении,
составе окружающей среды и др. При вы
пячивании мембраны происходит захват
другой клетки или крупного фрагмента
какого-либо питательного вещества. По
данным палеонтологов, мембрана по
явилась около 3,8 млрд лет назад (через
200 млн лет после образования на Земле
воды).
Клеточная мембрана
Митохондрии
Рибосомы
• •
••
•
•
*
Растительная клетка.
Цитоплазма
.
Или закономерность?
на четырьмя главными классами соеди
нений. Первый из них — это углеводы
(например, обыкновенный сахар), кото
рые могут быть образованы простыми
молекулами или их длинными цепочка
ми. Расщепление углеводов даёт живому
организму энергию, которую при этом
можно запасать (например, растения за
Или закономерность?
14
Молекулярная структура белка.
Третий класс — это белки, представ
ляющие собой макромолекулы, обра
зованные
цепочками
аминокислот.
Известно около 20 аминокислот, их раз
личные комбинации дают разные бел
ки. В одной макромолекуле может быть
от десятка до нескольких тысяч ами
нокислот. Белки могут способствовать
биохимическим реакциям (ферменты)
или бороться с инфекциями (антите
ла), выступать в качестве строительного
материала и выполнять много других
функций.
Ферменты (от лат. fermentum — «за
кваска») — специфические вещества
белковой природы, присутствующие в
тканях и клетках всех живых организ
мов и способные во много раз ускорять
протекающие в них химические реак
ции. В результате этих реакций проис
ходят образование, распад и прочие
Четвёртый класс — это макромоле
кулы РНК (рибонуклеиновая кислота)
и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кис
лота), образованные четырьмя типами
нуклеотидов. Цепочки РНК и ДНК опре
деляют (кодируют) состав белков каж
дого организма, а значит, и его уникаль
ность. Это напоминает азбуку Морзе, в
которой последовательностью корот
ких и длинных сигналов (точек и тире)
можно передать всё многообразие слов
всех языков мира. РНК и ДНК являются
хранителями и передатчиками генети
ческой информации, т. е. индивидуаль
ной сущности живого организма. РНК —
превращения белков, жиров, углево
дов, нуклеиновых кислот, гормонов и
других соединений. Ферменты регули
руют обмен веществ и энергии, а также
все жизненно важные процессы живых
организмов (дыхание, мышечное сокра
щение, передача нервного импульса,
размножение и т. д.).
15
это более примитивная версия ДНК.
РНК, во-первых, несёт генетическую ин
формацию, а во-вторых, является ката
лизатором многих жизненных процес
сов, например окисления. Постепенно
первая функция останется за ДНК, а вто
рая отойдёт к белкам, т. е. РНК в какой-то
степени выполняет работу ДНК и белков.
Ключевую роль в возникновении
жизни должно было играть появление
РНК, из которой в дальнейшем возника
ют живые клетки, имеющие ДНК. Опуб
ликованная в 1986 г. в журнале «Nature»
гипотеза американского молекулярного
биолога, физика и биохимика, профес
сора Гарвардского университета, лау
реата Нобелевской премии по химии
(1980 г.) У. Гилберта гласит, что самые
древние живые организмы состояли из
простых самовоспроизводящихся мо
лекул РНК. Позднее эти организмы на
учились синтезировать белки, ускоряв
шие скорость воспроизведения, и жиры
(липиды), образовавшие мембрану, а
значит, и первую клетку. Затем функция
носителя генетической информации от
РНК перешла к ДНК. Отдельные стадии
Кристаллическая
решётка
кремния.
...Или закономерность?
Компьютерная модель структуры
ДНК.
этой гипотезы были экспериментально
проверены в лабораторных условиях.
Итак, большинство учёных сходятся
во мнении, что жизнь началась с РНК.
Однако как и где это произошло?
Водная среда неблагоприятна для
РНК, поскольку в воде она быстро разла
гается. Однако установлено, что если это
соединение образуется на поверхности
глинистых минералов, то оно стано
вится более устойчивым к воздействию
воды. В связи с этим родилась гипотеза,
отводящая глинам главную роль в про
исхождении жизни.
Известно, что глина обладает пре
красными чистящими свойствами (по
этому, например, её используют в кос
метологии). Минеральные глины имеют
пористую структуру, в которой много
пустот, и в этих пустотах застревают раз
личные вещества. Глина, таким образом,
играет роль своеобразного фильтра. Ги
потеза, сформулированная в 1986 г. шот
ландским химиком А. Кернс-Смитом,
заключается в том, что к глинистым
минералам могли «прилипнуть» орга
нические соединения — белки и нук
леиновые кислоты, которые позднее, в
результате химических реакций между
собой, стали самостоятельно воспроиз-
водиться и эволюционировать. Глины
собрали вместе и «заперли» исходные
компоненты жизни, которым ничего
не оставалось, как взаимодействовать
друг с другом до тех пор, пока случай
но не возник первый живой организм.
В 1988 г. немецкий химик Г. Вехтершойзер на роль таких «катализаторов» жиз
ни предложил кристаллы пирита (FeS2).
Эта гипотеза долго оставалась толь
ко умозаключением, до тех пор, пока
в конце 70-х гг. XX в. на дне океанов не
были открыты глубоководные оазисы
жизни. Они образовались вокруг под
водных гидротермальных источников,
расположенных в глинистых породах и
группирующихся в центральных частях
срединно-океанических хребтов всех
океанов.
Здесь кипят вода и жизнь. Вода кипит
в прямом смысле слова, так как её тем
пература здесь может достигать 300—
400 °С. Из жерла выбрасываются раз
личные газы (например, углекислый) и
растворы, состав этих соединений напо
минает древнюю атмосферу Земли. ПряПодводный гидротермальный источник —
«чёрный курильщик».
Кристалл
пирита.
17
мо у жерла в полной темноте на глубине
несколько километров ползают черви
и слепые крабы, плавают слепые рыбы
и живут удивительные животные — по
гонофоры. Именно таким люди из ил
люминатора глубоководного аппарата
увидели подводный оазис жизни посре
ди холодного и почти необитаемого дна
Атлантического океана. Позднее, после
проведённых исследований, выясни
лось, что всё вокруг подводных вулканов
населено примитивными археобактериями (или «древними бактериями»),
которые выдерживают температуру до
120 °С, а некоторые их виды предпочи
тают жить в кислотных, насыщенных
сернистыми соединениями средах, где
нет кислорода.
Известно, что в жерлах подводных
вулканов при благоприятных услови
ях может формироваться органическое
соединение — метанол, или метиловый
спирт (СН3ОН). Однако температура
воды в гидротермальных источниках
иногда достигает 400 °С, а метанол заки
пает при 65 °С, после чего начинает раз
Молекула
метанола.
Или закономерность?
Стюарт Кауфман.
лагаться на углекислый газ и водород.
Но теоретически стабильное существо
вание метанола возможно, если на дне
океана есть вещества, способные защи
тить его от перегрева. Такими вещества
ми являются глины.
Геохимик Л. Уильямс из Университета
Аризоны (США) в своей лаборатории в
2005 г. провела эксперимент, в ходе ко
торого были воссозданы условия среды
в районе подводного вулкана. В течение
длительного времени метанол накапли
вался в пористой глине и, находясь под
её защитой, не подвергся термическому
разрушению. В конце концов произош
ла реакция, в результате которой из ме
танола возникли более сложные органи
ческие соединения.
Сегодня гипотеза о зарождении жиз
ни у подводных гидротермальных ис
точников считается одной из наиболее
вероятных. А в числе новых гипотез —
теория американского биохимика С. Ка
уфмана, сформулированная в 1993 г.
Кауфман доказал, что сложная группа по
лимеров способна к самовоспроизведе
нию как целое, даже если отдельные её
части к этому не способны. Но для этого
хотя бы некоторым полимерам из груп
пы надо «уметь» делить полимер надвое
или соединять два полимера в один.
Появление на Земле первой живой
клетки можно считать второй револю
цией в истории её развития после обра
зования гидросферы.
Характеристика докембрийского
времени
J
Докембрий (или интервал геологи
ческой истории Земли до кембрийского
периода) также называют криптозоем
или эрой скрытой жизни. Жизнь в до
кембрии, безусловно, существовала, но
она не была такой заметной, как в фанерозое, или эре явной жизни, которая на
чинается с кембрийского периода.
Граница докембрия и кембрия очень
важна для палеонтологов. Ведь именно в
кембрийском периоде появилась ракоРакушка —
«символ» кембрия.
вина, ракушка — наружный скелет, ко
торый может сохраниться в ископаемом
состоянии, — иными словами, возник
ло то, что составляет главный интерес
учёных-палеонтологов.
В последнее время появляются
данные, которые свидетельствуют
о более раннем времени появлении
наружного скелета, однако всё-таки
массовые его находки в ископаемом
состоянии известны в отложениях на
чиная с кембрийских.
Отложения докембрийского периода в Северной
Америке — так называемый Канадский щит.
19
Докембрий охватывает 85% всей
геологической истории нашей пла
неты. Науке это стало ясно в XX сто
летии, и это открытие было поистине
потрясающей новостью. Дело в том,
что палеонтологи и геологи давно уже
понимали, какой слой древнее, а какой
моложе, но длительность образова
ния этих слоёв, как и в целом истории
Земли, оставалась загадкой. Вместе с
открытием атома и последовавшим за
этим открытием радиоактивности на
помощь учёным пришёл метод абсо
лютной геохронологии. Он основан
на том, что распад изотопов протека
ет всегда с одинаковой скоростью и
не зависит от изменений окружающей
среды. И по соотношению количества
начальных (материнских) и конечных
(дочерних) продуктов реакции распа
да можно установить геологический
возраст изучаемой породы. И таким
образом выяснилось, что геологичес
кая история Земли насчитывает мил
лиарды лет!
Докембрийские отложения очень ши
роко распространены, они есть на всех
континентах, и в них сосредоточено
подавляющее большинство полезных
ископаемых. На отложения докембрия
очень сильно повлияли процессы движе
ния тектонических плит, вулканическая
деятельность, поднимавшиеся «капли»
магмы — плюмы. Слои многократно сми
нались в складки и рассекались геологи
ческими разломами, по ним поднима
лись перегретые вулканические газы или
подземные воды, каждый раз изменяя их
облик, или, как говорят геологи, метаморфизируя. Так что помимо осадочных и
магматических горных пород в отложе
ниях докембрия широко распростране
ны метаморфические, т. е. изменённые,
породы. Нередко они изменены настоль
ко, что уже не представляется возмож
ным установить, какими они были до
преобразования. Поэтому воссоздать са
мую раннюю историю Земли невероятно
сложно. Многие геологи считают, что до
кембрий практически непознаваем.
Х арактеристика докем бри йского врем ен и
Знаменитые Красные скалы в Аризоне (США) — известняковые
отложения докембрийского периода.
Х арактеристика докем брийского врем ени
20
Осадочные горные породы — поро
ды, которые образуются на поверхности
Земли в результате действия различных
поверхностных процессов (например,
выветривания) и залегают в самой верх
ней части земной коры. Именно здесь
добывается более 9 0 % всех полезных
ископаемых (в том числе 100% газа, не
фти и каменного угля).
Докембрий принято делить на две
крупные части — архейский и проте
розойский зоны. Нижняя граница архея точно не определена (около 4,0—
3,8 млрд лет назад), а граница между
археем и протерозоем соответствует
отметке 2,5 млрд лет назад. Архей, как
и протерозой, делится на две части —
нижнюю, или раннюю, и верхнюю, или
позднюю. В позднем протерозое выде
лены рифей и венд.
Определить климат докембрия очень
сложно. Во-первых, сохранилось не так
много каменных свидетельств, по кото
рым можно было бы реконструировать
условия окружающей среды. Во-вто
рых — и в-главных, — состав атмосфе
ры и гидросферы тогда был совершен
но иным, не похожим на современный,
а значит, нынешние представления о
Месторождение нефти.
Магматические горные породы — по
роды, которые образуются из магмы в
процессе её перемещения из глубоких
недр Земли в верхние горизонты и по
следующего остывания, затвердевания
и кристаллизации.
климатических процессах к докембрию
практически неприменимы. Учёные
даже шутят: трудно в условиях сегодняш
него дня говорить о погоде в те времена,
когда в ещё горячих лавовых берегах
текли реки кислоты, а в небе висели тучи
из ядовитых газов. Тем не менее по со
хранившимся фрагментам геологичес
кой летописи учёным удалось устано
вить, что в конце докембрия (в позднем
протерозое) средняя общепланетарная
температура составляла 12—15 °С, что
несколько холоднее, чем сейчас («уве
ренные» 15 °С). Возможно, это было
следствием массового «производства»
кислорода. Состав атмосферы и гидро
сферы уже сделался близок к нынешне
му, а значит, по современным минера
лам и горным породам — индикаторам
палеогеографических условий можно
21
воссоздать тогдашние ландшафтно
климатические условия. Кроме того,
поздний протерозой — время сущест
вования многоклеточных форм жизни,
многие из которых хорошо сохраня
ются в ископаемом состоянии и видны
невооружённым глазом. Они тоже мо
гут быть использованы для определения
климатических условий среды.
Начало архея — начало геологичес
кой истории Земли и время образования
гидросферы. Тогда в океанах появились
участки суши — вулканические острова.
Солнечные лучи почти не пробивались
к поверхности планеты сквозь плотную
пелену вулканических газов, а Луна была
ближе, чем сейчас (учёные установили,
что Луна постоянно удаляется, так как её
центробежная сила немного превосхо
дит силу притяжения Земли). Близость
Луны вызывала чудовищные приливы
и отливы, когда дважды в сутки уровень
океана или моря колебался на десятки, а
то и сотни метров, а также сильные зем
летрясения. В это же время значительно
ослабла метеоритная бомбардировка
планет земной группы и, по мере осты
вания расплавленной планеты, возникла
древняя (первичная) земная кора. Она
двигалась, ломалась, как лёд во время ле
дохода. Во второй половине архея сфор
мировалось от 60 до 85% массы совре
менной земной коры.
Океанский прилив и отлив.
Характеристика док ем бр и й ск ого врем ени
Скала Независимости в штате Вайоминг
(США) — пример формирований времен
архея.
В начале протерозоя образовался су
перконтинент Пангея, или «всеобщая
Земля», объединявший все современные
материки. Он был окружён суперокеа
ном Панталасса, или «всеобщая вода».
В течение протерозоя Пангея распалась,
а потом, в конце протерозоя (на грани
це рифея и венда), в Южном полушарии
возник суперконтинент Гондвана, кото
рый будет существовать всю палеозой
скую эру. Гондвана объединяла большую
часть площади современных материков
Южного полушария — Южной Америки,
Африки, Антарктиды, Австралии, а также
полуострова Индостан.
Последний, венд, иногда на шкалах
времени помещают в составе палеозой
ской эры перед кембрийским периодом.
Дело в том, что в венде уже появились
различные многоклеточные организмы,
которые благодаря удачному стечению
обстоятельств массово сохранились, не
смотря на то что большинство из них не
имели раковины. Это лишь один из при
меров постоянных передвижек и изме
нений в шкале времени докембрия, и это
нормально: наука развивается, и новые
данные помогают учёным находить но
вые объяснения тем или иным фактам.
А иногда для изучения истории Земли
следует посмотреть в телескоп на небо,
и вот почему..
JL дядя на современную Землю, трудно
представить, что когда-то наша планета
выглядела совсем по-другому — напри
мер, как усеянные кратерами Луна, Мер
курий или Марс. Следов того времени на
Земле почти не осталось. Они были поч
ти полностью уничтожены эволюцией
верхних слоёв земной коры и их преоб
разованием под воздействием живого
мира. На протяжении миллиардов лет
ветер, вода, сила движения и жар зем
ных недр (т. е. геологические процессы:
выветривание, вулканизм и движение
тектонических плит), а позднее ещё и
корни растений и животные (т. е. собс
твенно жизнь) разрушали и изменяли
каменную твердь, лишая учёных камен
ных свидетельств далекого прошлого.
Вот и получается, что узнать раннюю
историю Земли можно, лишь изучив лик
ближайших к Земле планет.
Давным-давно — 4,2—3,9 млрд лет
назад — Земля подвергалась интенсив
ным метеоритным бомбардировкам.
следов от падений метеоритов на
поверхности нашей планеты практи
чески не осталось, зато их можно на
блюдать на Луне, вся поверхность кото
рой испещрена кратерами — следами
падения метеоритов. Причём кратеры
перекрывают друг друга, что говорит
о силе бомбардировки, — на Луне бук
вально не осталось живого места. Эта
полностью покрыта слоем разгорных пород, называе
мым реголитом. Именно в нём 20 июля
1969 г. оставил свой след первый челоЛуна до и после метеоритной
бомбардировки.
23
Полумесяц Луны вблизи.
век на Луне — американский астронавт
Нил Олден Армстронг. Такой, какой
увидел Луну Армстронг, была и Земля
около 4 млрд лет назад.
Следы колоссальной метеоритной
атаки можно найти и на Венере, по
верхность которой также существенно
повреждена, несмотря на плотную ат
мосферу, частично сдержавшую мощь
«космических пришельцев». На Венере
очень жарко и нет кислорода, а значит,
нет и жизни — сильнейшего рельефо
образующего фактора, который мог бы
изменить облик планеты и скрыть следы
той бомбардировки. Марс слишком хо
лодный, и в его атмосфере содержится
очень мало кислорода, поэтому он тоже
необитаем, и за последние несколько
миллиардов лет его поверхность слабо
изменилась.
Вначале Земля и Луна развивались
одинаково, однако позднее их пути ра
зошлись. На Земле возникли атмосфера
и гидросфера, верхние пласты земной
коры до сих пор живы и приводят в дви
жение обширные участки её поверх
ности — плиты, которые, сталкиваясь
и расходясь, формируют континенты
и океаны. Скорость движения плит се-
годня составляет 1—2 см в год, и, скорее
всего, в геологическом прошлом плиты
перемещались с близкими к этим значе
ниям скоростями. Несмотря на, казалось
бы, ничтожную скорость, облик планеты
постоянно меняется — ведь плиты дви
гаются так последние 4 млрд лет! Недра
Земли до сих пор горячи и напоминают
о себе извержениями вулканов и земле
трясениями. Луна же остыла и окамене
ла и по причине слабого притяжения так
и не смогла сформировать атмосферу и
гидросферу — ведь именно силой тяжес
ти на поверхности планеты удержива
ются жидкость и газ, т. е. те самые гидро
сфера и атмосфера. В противном случае
они улетучиваются в космос.
Активное исследование планет зем
ной группы позволит точно воссоздать
историю развития нашей планеты, в том
числе историю зарождения и развития
жизни. Ведь даже если сейчас на ближай
ших к Земле планетах жизни нет, это ещё
не значит, что её там не было или что со
временем она не появится. Кроме того,
можно попытаться провести экспери
менты, чтобы оценить степень выжива
емости некоторых форм земной жизни
на других планетах.
Земля и другие планеты С олнечной системы
Нил Армстронг на Луне. 20 июля 1969 г.
планеты Солнечной системы
24
Циркон.
«Свидетелей» столь ранней юности
Земли на планете почти не осталось.
Учёным известен найденный в Авс
тралии древнейшийкристалл циркон
(ZrSi04), возраст которого методами
ядерной геохронологии определён в
3,96 млрд лет. Это единственное до
стоверное каменное доказательство
факта существования Земли как плане
ты в те времена — и условная отправ
ная точка долгого пути её развития. Не
исключено, что однажды в распоряже
ние учёных поступит какая-либо гор
ная порода, которая окажется древнее
этого кристалла, но пока время «до
циркона» принято считать догеоло
гическим, и его исследуют не геологи,
а астрономы. Однако и тем и другим
остаётся только догадываться о собы
тиях, происходивших в невообразимо
далёкие времена.
25
Самые
известные
месторожде
ния Курской магнитной аномалии —
в карьерах Стойленского и Лебе
динского горно-обогатительных ком
бинатов у города Старый Оскол в Бел
городской области.
Поскольку на Земле не было кисло
рода, то и накопление горных пород
и образование месторождений полез
ных ископаемых происходило иначе,
чем сейчас. В отсутствие кислорода в
условиях восстановительной среды
возникли огромные залежи самород
ного железа (до 90% мировых запасов),
которые сегодня ни за что не смогли
бы образоваться, поскольку довольно
быстро (по геологическим меркам)
окислились бы. Так сформировались
месторождения Курской магнитной
аномалии (КМА). Кроме железа в то
время образовалось 70% мировых за
пасов урана, золота и никеля и 25% ре
сурсов меди и марганца.
Месторождения Курской магнитной
аномалии.
и другие планеты Солнечна
Современная атмосфера Земли
состоит из воздуха — смеси азота
(78,08%) и кислорода (20,95%), а также
водяного пара, углекислого и ряда дру
гих газов. Однако около 4 млрд лет на
зад атмосфера Земли, Венеры и Марса
была совсем иной: большую её часть
составляли ядовитые газы, а кислоро
да не было совсем. В архейском воз
духе витали аргон (Аг) и водород (Н),
углекислый газ (С 02) и оксид углерода
(СО), метан (СН4), сероводород (H2S),
диоксид серы (S 0 2) и другие газы, а
также пары воды (Н20 ). Помимо это
го, в атмосфере присутствовали пары
кислот — соляной (НС1), плавиковой
(HF) и других. Точное соотношение
всех этих соединений теперь устано
вить сложно. Сейчас похожую атмо
сферу имеет Венера и — в значитель
но меньшей степени — Марс. Изучив
состав современной атмосферы этих
планет, учёные смогли предположить,
каким был воздух на Земле в докемб
рии. Представляется, что ни одно жине могло дышать, а значит, и
в то далёкое время.
другие планеты Солнечной системы
26
Никель.
Как считают учёные, крупные залежи
серы, никеля, кобальта, меди и железа
могут иметь бактериальное происхож
дение, т. е. возникли в результате жизне
деятельности бактерий (хемосинтеза).
Значительные месторождения графита,
вероятно, тоже обязаны каким-то жиХемосинтез — тип питания, свойс
твенный некоторым бактериям, спо
собным усваивать С 0 2 как единс
твенный источник углерода за счёт
энергии окисления неорганических со
единений (аммиака, водорода, серы,
закисного железа и др.). В результате
этого процесса происходит образова
ние органических веществ из неорга
нических.
вым организмам, скорее всего, наиболее
примитивным формам — простейшим
или водорослям.
Однако пришло время перемен. В ат
мосферу при извержении магмы из недр
Земли поступал водяной пар. Жидкая
вода на Земле пока существовать не
могла, так как поверхность планеты
была раскалена и по ней текли реки
лавы. Атмосферное давление было чу
довищным, оно в десятки раз превы
шало современное. Постепенно вулка
ническая активность ослабла, планета
стала остывать. И у воды появилась воз
можность «спуститься» с небес на землю.
Как считают учёные, все мировые запа
сы воды выпали дождём из атмосферы
4 —3,5 млрд лет назад, когда температу
ра поверхности снизилась до 100 °С. На
планете появились океаны и возникла
гидросфера — «колыбель жизни». Сего
дня ни у кого не вызывает сомнения, что
жизнь появилась в воде.
В древней гидросфере протекали ре
акции между солями, щелочами и кис
лотами (сейчас в обычной морской воде
есть только соли). В такой суровой среде,
тем не менее, смогла возникнуть жизнь.
Для этого было достаточно выполнения
двух условий: образования земной коры
и гидросферы.
Морские воды — современная
гидросфера Земли.
Кислородная интоксикация
С а м ы м и первыми на Земле появились
анаэробные бактерии, которые жили в
бескислородной атмосфере. Фотосинте
зирующие анаэробные бактерии, выра
батывая кислород, начали менять среду,
угрожая тем самым всем другим анаэ
робным организмам, в том числе и себе.
Бактериям пришлось как-то решать эту
проблему, приспосабливаясь к перемене
состава атмосферы, в которой с каждым
днём росло содержание кислорода. Не
которые из них стали аэробными (спо
собными жить в кислородной среде) и
научились дышать — получать энергию за
счёт кислородного окисления (сжигания)
пищи. Другие — анаэробные (не способ
ные жить в кислородной среде) — спря
тались у гидротермальных подводных
источников и в других местах с экстре
мальными условиями, где стали получать
энергию за счёт химических реакций.
Рождение аэробных бактерий или
иных организмов, потребляющих кис
лород и переводящих его в углекислый
газ, было предопределено. Иначе фо
тосинтезирующие бактерии рано или
поздно перевели бы весь углекислый газ
Земли в кислород, а потом задохнулись
бы. Однако, скорее всего, ещё задолго до
этого планета погрузилась бы в пучину
холода, так как с исчезновением парни
кового углекислого газа, который «утеп
ляет» климат, наступил бы ледниковый
период, заморозив всё живое.
Сначала насыщение кислородом ат
мосферы тормозилось другим процес
сом — окислением железа, растворён
ного в воде и содержащегося в горных
породах на поверхности Земли. Большая
часть кислорода уходила именно на это.
И только когда вся суша на планете по
крылась коркой окисленных горных по
род, началось настоящее преобразова
ние атмосферы. Около 1,35—1 млрд лет
назад, когда концентрация кислорода
Реконструкция ландшафта времён
ледникового периода.
Кислородная интоксикация
28
в атмосфере составила 1% от современ
ной, произошёл переход от восстанови
тельных условий окружающей среды к
окислительным. Этот рубеж — 1% — на
зывается точкой Пастера. Говоря иначе,
точка Пастера — это такая концентра
ция свободного кислорода, при которой
кислородное дыхание становится более
эффективным (приблизительно в 50 раз)
способом использования внешней энер
гии Солнца, чем анаэробное брожение.
Луи Пастер (1822— 1895) — фран
цузский учёный, родоначальник мик
робиологии и иммунологии. Открыл
природу брожения и опроверг теорию
самозарождения микроорганизмов.
Потом наступил второй переломный
момент, когда концентрация кислорода
в атмосфере достигла 10% от современ
ной; его ещё называют дополнительным
числом (или точкой) Пастера. В это время
образовался озоновый экран, защищаю
щий всё живое на Земле от губительно
го ультрафиолетового излучения. Теперь
стало возможно покорять сушу, не боясь
солнечных лучей. Как же возник озоновый
слой? Избытки кислорода не пропадали
даром. В верхних слоях атмосферы моле
кулярный кислород ( 0 2) под воздействием
космического излучения распадается на
атомы, которые вновь соединяются с мо
лекулами кислорода и образуют озон ( 0 3).
Защитный озоновый слой
Земли.
Точка Пастера — это первый биоти
ческий кризис, возможно, приведший к
вымиранию до 80% форм прокариотной
жизни. Экологическую нишу, освободив
шуюся после массового вымирания ана
эробных прокариот, заняли аэробные
прокариоты и принципиально другие,
более совершенные организмы, имею
щие ядро, — первые эукариоты.
Насыщение атмосферы кислородом
вызвало бурный всплеск жизни. Теперь
организмы, вырабатывающие кислород, и
организмы, его потребляющие, оказались
тесно связанными. Постепенно «произ
водители» и «потребители» кислорода
пришли к обоюдовыгодному жизненно
му равновесию, при котором фотосинтез
уравновешивался дыханием и горением.
Сегодня доля кислорода в атмосфере
составляет 21% — это уровень устойчи
вого равновесия. Если человек в резуль
тате своей деятельности нарушит этот
баланс, то неминуемо последует либо
глобальное похолодание (при сокраще
нии доли углекислого газа), либо гло
бальное потепление (при уменьшении
концентрации кислорода).
В разных источниках датировка то
чек Пастера варьирует от 2,8 (поздний
архей) до 1 млрд лет назад (поздний
протерозой). Большинство учёных
сходятся на промежутке 1,3— 1,2 млрд
лет назад (середина протерозоя).
Всплеск жизни
И
з-за неоднозначной датировки мо
мента преодоления точки Пастера нет
единого мнения и о том, когда возник
ли эукариоты. Первые ископаемые сви
детельства их существования относятся
ко времени приблизительно 1,8—2 млрд
лет назад. Но обсуждаются и другие да
тировки этого события: от 1,4—1,6 млрд
до более чем 2 млрд лет назад.
Мы же обсудим само событие: появ
ление эукариотных клеток, или клеток
с ядром. Это были поистине гиганты
своего времени — размером более 40—
60 мкм, что в тысячи раз больше, чем у
прокариот. Прокариотная клетка стала
эукариотной тогда, когда её органеллы
(клеточные «органы», выполняющие
определённые функции) отдали свой
генетический материал клетке хозяина.
Половое размножение возможно, когда
есть органеллы. Ядро — это внутренняя
мембрана, ограничивающая генетичес
кий материал от цитоплазмы. Все клетки
органелл, за исключением хлоропластов
и митохондрий, отдали частички своего
генетического кода (ДНК) в общее ядро.
Почему и при каких обстоятельствах
появились многоклеточные организмы,
до сих пор неясно. Может быть, в ка
кой-то момент жизни, со всеми её раз
нообразными функциями, стало тесно
внутри одной эукариотной клетки, и
возникли колонии одноклеточных
эукариот, которые пытались раз
делить разные функции между
собой. Когда же это случилось?
Инфузория-туфелька.
Всплеск жизни
30
Достоверные находки многоклеточных
организмов сделаны в породах возрас
том 800 млн лет, проблематичные — в
слоях, которым 1,4 млрд лет, однако
само событие могло случиться и рань
ше — около 1,5—2 млрд лет назад. Эука
риоты сначала стали многоклеточными,
а уже позднее — колониальными много
клеточными. Сколько времени у приро
ды ушло на трансформацию однокле
точной эукариоты в многоклеточную,
точно неизвестно, тем более что коло
ниальных форм современных эукариот
нет. Часто приводимый в качестве при
мера вольвокс не может по-настоящему
считаться колониальным организмом,
так как обладает слабой дифференциа
цией клеток на переднем и заднем конце
колонии.
Сразу после своего появления эука
риоты разделились на три царства: жи
вотных, растений и грибов. Почему
Вольвокс — представитель зелёных
водорослей, живущих в пресной воде.
Размер колонии, которая объединяет от
пары сотен до десятка тысяч клеток, мо
жет достигать 3 мм. В центре колонии,
имеющей форму шара, расположена
произошло это разделение? Скорее все
го, природа «перебирала» возможные
варианты существования экосистемы
с участием эукариот, которые явно до
минировали в новом аэробном мире.
Вполне возможно, что какое-то время
царств было не три, а больше, но в кон
це концов осталась только эта «тройка».
Ясно, что все представители трёх царств
произошли от каких-то примитивных
эукариот, но от каких именно, пока не
известно. И совсем не факт, что у «трой
ки» был один предок.
Когда-то академик А. И. Опарин и
некоторые его последователи счита
ли, что самыми первыми организмами
были гетеротрофы, которые питались
«первичным бульоном» (так называют
различные органические соединения,
растворённые в воде). Однако в этом
случае за несколько тысяч лет хищники
уничтожили бы всю органику гидро-
Шары вольвокса под микроскопом.
полость со слизью. Кстати, расплодив
шийся вольвокс делает воду в озере или
реке зелёной и липкой, тогда говорят,
что вода цветёт.
31
Мхи и лишайники — представители
царства растений.
сферы, а потом погибли бы от голода
или съели друг друга. Не менее нелепо
выглядит сценарий, согласно которому
первыми организмами были автотрофы. Ведь со временем эти фотосинте
зирующие организмы перевели бы весь
запас углерода в высокомолекулярные
соединения, например в уголь, лишив
в итоге самих себя этого важнейшего
элемента. Гетеротрофы же регулируют
численность автотрофов и разрушают
органику, способствуя её круговороту.
Именно поэтому учёные едины во мне
нии, что все три царства эукариот воз
никли одновременно — и вскоре после
появления первых эукариот, иначе слу
чился бы биотический кризис. Сколько
времени прошло с момента появления
первой эукариотной клетки и до пер
вого гриба, растения или животного,
пока не установлено. Путаницу вносит
находка, возможно, примитивных гри
бов в слоях древнее 2 млрд лет. Если это
действительно грибы, значит, уже 2 млрд
лет назад существовали и животные, и
растения и были преодолены обе точки
Пастера. По ископаемым находкам мож
но сказать лишь, что достоверно массо
вая эукариотизация биосферы началась
0,8 млрд лет назад.
Всплеск ж и зн и
Три царства
Существование трёх царств — рас
тений, животных и грибов — пред
ставляется вполне логичным. Эти три
царства образуют самодостаточную
устойчивую систему. Отсутствие одного
из элементов равносильно вымиранию
двух других. Растения из неорганичес
ких соединений (например, воды и угле
кислого газа) под воздействием энергии
света создают органику. Животные, по
едая органическое вещество растений,
грибов и других животных, растут и
размножаются и из органических соеди
нений создают такие же, органические.
Грибы переводят органику в неорганику
(эту функцию могут выполнять анаэроб
ные прокариоты, но в аэробных услови
ях — только грибы).
Грибы занимают промежуточное по
ложение между растениями и живот
ными. Грибы и растения неподвижны,
размножаются при помощи спор или
семян, растут в течение всей жизни и
всасывают питательные вещества всей
поверхностью тела. Грибы и животные
не способны к фотосинтезу и питаются
готовыми органическими веществами.
Маленькие против больших
У
местечка Эдиакара, что неподалёку
от Аделаиды в Австралии, австралийс
кий геолог Р. Спригг в 1947 г. обнаружил
уникальное кладбище древней фауны.
Это событие замечательно потому, что
впервые в слоях, предшествующих кемб
рийским, были найдены видимые следы
жизни. Фауна была представлена не бак
териями, а целым миром бесскелетных,
в основном мягкотелых, организмов,
при этом некоторые были подлинны
ми гигантами. Почти ни у кого из них
не было раковины; сами окаменелости
представляли собой отпечатки, потряса
ющая степень сохранности которых вы
звала изумление во всём научном мире.
Позднее остатки подобных существ ста
ли находить и в других частях планеты
(в том числе и в России, на берегу Бело
го моря), им было дано название вендоэдиакарской фауны.
...630—542 млн лет назад. Конец до
кембрия. Эдиакарский (вендский) пе
риод. Лучи солнца рождают игру бликов
на дне удивительного моря, заселённого
прозрачными существами. В толще воды
плавают медузы (некоторые размером
Место, где были найдены следы вендоэдиакарской фауны.
Дно докембрийского моря.
33
Харниодиски похожи на большие,
до 0,5 м в диаметре, одиночные лис
тья, прикрепляющиеся ко дну присо
ской. Это группа неясного система
тического положения, не оставившая
после себя потомков.
Помимо медуз здесь много других
кишечнополостных, например гидр.
Между зарослями на дне ползают чер
ви, многие из которых почти абсолютно
плоские и напоминают блин. Это дикинсонии: они не очень крупные, длиной
пару сантиметров. Рядом проползает
сприггина — удивительное десятисан
тиметровое существо, напоминающее
червя, но с головой членистоногого.
Невдалеке от неё — похожее на мокри
цу членистоногое длиной 1—2 см; это
парванкорина, предок палеозойских
трилобитов.
Три четверти жителей этого моря —
кишечнополостные, гораздо меньше
здесь червей и членистоногих, и совсем
Дикинсония и сприггина, как и мно
гие другие доисторические существа,
были названы в честь людей. Дикинсонию описал палеонтолог Реджинальд
Спригг и навал по имени своего шефа,
начальника управления горных выра
боток Южной Австралии Б. Дикинсо
на. А вот сприггина была названа уже
в честь самого Спригга. Его имя таким
образом увековечил австрийский па
леонтолог М. Глесснер.
L
немного животных неясного системати
ческого происхождения, губок и некото
рых других существ.
Жители этого удивительного моря
не едят друг друга, они питаются план
ктоном либо мельчайшими частицами
пищи, оседающими на дне. Здесь не во
дятся крупные хищники и падалееды, и
именно благодаря этому сохранились
изумительно полные отпечатки обита
телей этого моря, обнаруженные через
600 млн лет!
Сприггина.
М аленькие против больш их
до 1 м), которые при помощи покрыва
ющей их тело липкой слизи ловят план
ктон — микроскопических животных
и растения. Для более крупной добычи
медуза может использовать жалящие
щупальца. Дно моря покрыто заросля
ми цианобактерий (выглядят они, как
студенистые плёнки самых разных цве
тов — чёрного, фиолетового, бордово
го), водорослей, губок и харниодисков.
Маленькие против больших
34
Отпечаток кимбереллы — вымершего
организма эдиакарской фауны.
Но не все эдиакарские животные бесскелетны. Некоторые членистоногие
покрыты панцирем, вернее, прообра
зом его: он пока ещё не очень прочный
и состоит не из хитина (как у современ
ных членистоногих), а из каких-то дру
гих органических веществ, поэтому он
сгниёт после смерти животного.
Почему же некоторые жители этого
моря превратились в гигантов, а другие
остались небольшими и, кроме того, пы
таются укрыться под панцирем? Всё дело
в крошечных хищных существах, сов
сем недавно появившихся в этих водах.
По форме они похожи на червячков, но
во рту у них зубы. Называются они пла
вающими конодонтоносителями. Воз
можно, именно они были первыми поз
воночными животными, предками рыб,
которых в этом море пока ещё нет. Появ
ление зубастого хищника — пусть даже
такого маленького — вынудило обита
телей моря изобретать средства защиты.
Некоторые стали развивать наружную
«броню» — тот самый панцирь, физи
чески оберегающий от зубов хищника.
Другие — например, медузы — приня
лись увеличивать размеры тела.
К плавно проплывающей над сприггиной медузе быстро приближается конодонтоноситель и начинает объедать
край её купола. Неприятно, но не смер
тельно: медуза слишком велика для того,
чтобы маленький хищник смог быстро
съесть её. Гигантизм — это довольно эф
фективная защитная реакция на появ
ление хищника. В течение нескольких
часов конодонтоноситель потихоньку
поедает медузу, а затем, утолив голод,
уплывает восвояси. Медуза же способ
на с определённой скоростью восста
навливать (регенерировать) съеденные
ткани, так что за пару дней она нарастит
утраченную часть тела.
В следующий раз на медузу напада
ют сразу два хищника. И эти уже не на
мерены уходить быстро: они прогрыза
ют ходы в студенистом куполе медузы,
углубляются внутрь её тела — как гу
сеницы, поедающие плод. Начинается
растянутая во времени схватка с непред
сказуемым исходом. Будет ли медуза ус
певать восстанавливать ткани? Или конодонтоносители опередят её и съедят?..
Возросшей популяции хищников ста
новится всё труднее найти себе пищу —
её запасы начинают постепенно сокра
щаться. Голодные конодонтоносители,
теперь группами по два или три, атакуют
35
В куполах медуз, которые водятся в
современных морях, могут постоянно
жить некоторые виды ракообразных
или червей. Съеденные части ткани
медузы постепенно регенерируются,
и этот круговорот продолжается до
смерти либо медузы, либо её парази
тов, которым невыгодно массово на
падать на одну жертву и быстро унич
тожать её — гораздо эффективнее,
когда одна или несколько особей всю
жизнь проводят «внутри еды».
всё реже встречающихся медуз и других
мягкотелых животных, например чер
вей. Подвергшейся нападению медузе
нечего противопоставить хищникам,
кроме скорости регенерации своего
тела. И наступил момент, когда медуза
оказалась на грани жизни и смерти: ско
рость регенерации сравнялась со скоро
стью поедания, если не уступает ей. Кро
ме того, на восстановление тела уходит
За эдиакарский период концентра
ция кислорода в атмосфере увеличи
лась до 17%, образовался озоновый
экран, поэтому палеонтологи считают,
что в это время на суше уже сущест
вовала экосистема, в которую входи
ли бактерии, грибы, лишайники, мхи,
некоторые водоросли и, возможно,
черви. Первые колонисты суши также
внесли свой вклад в увеличение доли
кислорода.
Следы древней многоклеточной
водоросли грипании.
Маленькие против больших
много энергии, а ни один организм не
может долго существовать в таком на
пряжении. Скорее всего, «наша» медуза
обречена, счёт её жизни идёт на часы.
Даже если конодонтоносители не ус
пеют съесть её целиком, повреждения,
нанесённые ей, будут несовместимы с
жизнью — и большая жертва маленьких
хищников превратится в бесформенную
массу ещё живой ткани, медленно опус
кающуюся на дно...
Именно так конодонтоносители
уничтожили всех мелких и крупных
мягкотелых жителей докембрия, а после
вымерли сами. В конечном итоге вендоэдиакарская фауна исчезла. Но почему
это произошло?
Маленькие против больших
36
Конодонты
Конодонты, или «конические зубы», —
таинственные доисторические морские
окаменелости, впервые найденные в
1856 г. русским палеонтологом X. И. Пандером в палеозойских породах европей
ской части России. Конодонты — микро
скопические (0,1—3 мм), обычно неви
димые невооружённым глазом режущие
зубы из фосфата кальция (Са(Р04)2) с
некоторой долей белков. По химическо
му составу конодонты почти идентичны
человеческим зубам. Очевидно, что они
принадлежали каким-то существам очень
небольшого размера. Их назвали конодонтоносителями.
Долгое время никто не знал, как могли
выглядеть эти существа. Конодонты тем
не менее служили своеобразными «па
леонтологическими часами». Форма их
быстро эволюционировала, что обусло
вило их использование для определения
возраста горных пород. Учёным удалось
установить закономерность в изменении
формы и строения конодонтов. Чем про
ще зубы — тем они древнее, чем слож
нее — тем моложе.
Кроме того, эти загадочные окамене
лости — ключ к поиску месторождений
газа и нефти. Цвет конодонтов зависит
от температуры, до которой нагреваются
горные породы в недрах Земли. А высо
кая температура в слоях, содержащих
органическое вещество, необходима для
формирования месторождений горючих
полезных ископаемых. Если конодонты
светло-жёлтого цвета, то в породе, где
их обнаружили, можно искать месторож
дение газа, а если жёлто-коричневые —
месторождение нефти.
Как выглядели конодонтоносители,
стало возможно установить после сенса
ционной находки, сделанной в 1983 г. в
Шотландии. Выяснилось, что здесь в ран
нем карбоне, 359—318 млн лет назад,
обитали хищные червеподобные коно
донтоносители длиной до 7 см (впрочем,
встречались и 40-сантиметровые гиган
ты). По отпечаткам их мягких тел учёные
постарались реконструировать облик
этих существ. С точностью было опреде
лено, что их зубы располагались во рту в
неизменном порядке; сначала шли зубы,
которыми можно было отрезать или удер
жать добычу, за ними — которыми мож
но было разрезать или измельчить. Есть
даже мнение, что некоторые зубы могли
быть снабжены полыми каналами, через
которые конодонтоносители впрыскивали
в жертву яд!
В современных морях конодонтоносителей нет. Их место и ранг в классифи
кации до сих пор обсуждается: большая
часть учёных относит их к позвоночным
животным, правда, со многими оговор
ками.
Многообразие конодонтов.
• ■
■.
- '* • " ’ ' ' ' . ■
■- • ■ ■ , . .
(8Р
Эдиакарская экосистема была несо
вершенной и неустойчивой: сначала в
ней не было хищников, которые регули
ровали бы её численность, следователь
но, она изначально была обречена на
вымирание. А лавинообразное появле
ние хищных конодонтоносителей окон
чательно вывело систему из равновесия
и ускорило процесс её гибели.
Заключение
И так,
основное
событие докемб
рия — если можно употреблять слово
«событие» по отношению к явлениям
такого масштаба — это образование
нашей планеты, случившееся около
5—4 млрд лет назад. Ему предшествовало
образование звезды — Солнца — и всей
Солнечной системы.
Крайне важным рубежом следует
считать точку на шкале времени, «по
ставленную» 1,65 млрд лет назад, что
соответствует границе раннего и поз
днего протерозоя. С этого момента
большинство геологических процессов
в литосфере, гидросфере и атмосфере
стали протекать так же, как и сейчас, а до
того времени они были принципиально
иными.
За 4 млрд лет, прошедших с момента
зарождения жизни на нашей планете,
произошёл целый ряд важнейших собы
тий в развитии органического мира — от
появления первой бактерии до возник
новения первых грибов, растений и жи
вотных. На этом долгом пути состоялось
множество важных событий, можно
Маленькие против больших
38
Бактерии в лабораторной чашке.
даже сказать — революций. Причём каж
дое последующее событие становилось
закономерным итогом предыдущего,
подготовительного этапа. Длительность
этапов могла составлять сотни милли
онов лет — так много времени требова
лось для перехода жизни на качественно
новую, более сложную ступень. Ещё раз
обратим внимание, что эволюция жиз
ни, или биосферы, шла одновременно
с эволюцией других глобальных сфер,
или оболочек, Земли — литосферы, ат
мосферы и гидросферы. Процессы, про
текавшие в одной сфере, влияли на про
цессы в других — и наоборот.
Революция
Суть
Время
Первая
Возможное зарождение жизни
во Вселенной
Предположительно
около 13 млрд лет
назад
Вторая
Зарождение жизни на Земле
4 —3,8 млрд лет назад
Третья
Первые следы жизни, похожие на бактерии
3,8 млрд лет назад
Четвёртая
Появление у бактерий возможности
заглатывать жертву целиком без разрыва
мембраны (оболочки)
Около 3,5 млрд лет
назад
Пятая
Появление колониальных форм жизни
Неизвестно
Шестая
Рождение аэробных бактерий или любых
иных организмов, потребляющих
кислород и переводящих его
в углекислый газ
2,8—1 млрд лет
назад
Седьмая
Массовое вымирание анаэробных
прокариот и, как следствие, — появление
аэробных прокариот и ядерных
организмов — первых эукариот
и, возможно, деградация части анаэробных
прокариот до вирусов
2—1,4 млрд лет
назад
Способность к половому размножению
2—1,4 млрд лет назад
Появление многоклеточных организмов
Достоверно —
800 млн лет
назад, но возможно,
2—1,5 млрд лет
назад
Появление первых растений, животных
и грибов
2—0,8 млрд лет назад
Итак, в докембрийское время на Зем
ле появилась и развилась жизнь, а также
сложились первые сообщества организ
мов, состоявшие из множества разных
форм. Некоторые из них живут и поны
не, другие вымерли, дав начало более
совершенным формам. Природа приду
мала хищников и их жертв, тем самым
заложив все те взаимоотношения между
формами жизни, которые существуют
сегодня (пищевые цепи). Именно появ
ление хищников в конце докембрия по
будило их потенциальных жертв срочно
начать вырабатывать стратегии защиты,
первой из которых стала раковина, или
внешний скелет. Поначалу внешний ске
лет состоял из органических веществ и
был мягким, он не мог служить серьёз
ной защитой и после смерти сущест
ва сгнивал, как и другие ткани. Однако
уже в самом начале следующего, кемб
рийского периода появятся настоящие
доспехи — твёрдые раковины из мине
ральных соединений...
Отпечатки вымершего эдиакарского
многоклеточного — немианы.
Маленькие против больших
,-ят ***.
39
Окаменелости кембрийского
и силурийского периодов.
Геологические отложения в княжестве Уэльс,
Хжембрийский, ордовикский и силу
рийский периоды открывают палеозой
скую эру. Всего в ней шесть периодов, и
первые три составляют первую полови
ну эры, или ранний палеозой, который
начался около 642 млн лет назад (начало
кембрия) и завершился приблизительно
416 млн лет назад (конец силура). Гра
ница между кембрийским и ордовик
ским периодами соответствует отметке
488 млн лет, а между ордовикским и си
лурийским — 443 млн лет. В это время
жизнь бурно развивалась в море и дела
ла первые робкие шаги на суше.
Кембрийская система была выделена
в 1835 г. английским геологом Адамом
Седжвиком и названа в честь латинского
наименования княжества Уэльс, которое
звучит как Камбрия.
Начало палеозойской эры — время
появления скелетных организмов, точ
нее, беспозвоночных с наружным скеле
том, или раковиной. В морях и океанах
активнейшим образом шла эволюция
41
о
ч
S4
tl
Чарлз Лапуорс.
беспозвоночных и позвоночных жи
вотных, а также флоры — водорослей.
В силурийском периоде жизнь «выплес
нулась» из морей и океанов на сушу: сна
чала на ней появились первые растения,
а затем из вод выползли членистоногие.
Уровень развития многих прими
тивных и древних форм жизни под
сказал палеонтологам, что, скорее
всего, уже в докембрии на суше жили
бактерии, водоросли, мхи, лишайники,
черви, грибы и некоторые другие орга
низмы. Но поскольку все они не имели
никаких скелетных элементов, то от
них почти ничего не осталось.
В последнее время все три периода
раннего палеозоя были подвергнуты су
щественному пересмотру, и общепри
нятого деления для них на сегодняшний
день не существует. В частности, пред
лагается делить кембрийский период на
четыре части, а все более дробные (мел
кие) части — века — пока упразднены.
В России кембрийский период делится
на три части и десять веков (в хроноло-
Родерик Мурчисон.
гическом порядке, от более ранних к бо
лее поздним): томмотский, атбанский,
ботомский, тойонский, амгинский, май
ский, аюсакканский, сакский, аксайский
и батырбайский.
Ордовикская система получила ста
тус самостоятельной в I960 г., а ранее
этот отрезок геологической истории
относили к начальной части силура. На
звание системы, которое происходит от
названия племени ордовиков, когда-то
населявшего Уэльс, было предложено
ещё в 1879 г. английским учёным Чарл
зом Лапуорсом. В России ордовик делит
ся на три части и пять веков. Нижнему
ордовику соответствуют тремадокский
и нижняя часть аренигского яруса. Сред
ний ордовик — это верхняя часть аре
нигского яруса и лланвирнский ярус.
Верхний ордовик объединяет карадокский и ашгильский ярусы.
Силурийский период, как уже было
сказано выше, был выделен и описан
раньше, чем ордовикский, в 1835 г., бла
годаря английскому геологу Родерику
Мурчисону. Своё имя период получил по
названию кельтского племени силуров,
населявшего всё тот же Уэльс. В нашей
стране силурийская система делится на
О
Й
о
Т5
О
©
S3
Характеристика п ериодов. К ембрий, ордовик, силур
42
Суперконтиненты древности
и современные материки.
две части и четыре яруса. Нижний силур
состоит из лландоверийского и венлокского ярусов, а верхний — из лудловского и пржидольского.
В раннем палеозое произошли два
массовых вымирания живых организ
мов. Первое, так называемое малое,
случилось в раннем кембрии в конце
томмотского века. Второе, великое вы
мирание произошло в конце ордовик
ского периода — тогда погибло до 35%
семейств морских организмов. Это вы
мирание произошло одновременно с
оледенением.
Небольшое сокращение биоразно
образия живых организмов было также
и в конце силурийского периода, но его
не считают массовым вымиранием.
Уровень мирового океана на всём
протяжении кембрийского и ордовикс
кого периодов непрерывно повышался,
достигнув в позднем ордовике своего
пика. Тогда, по разным оценкам, он был
выше современного на 300—600 м! За
тем, когда началось оледенение, уровень
Мирового океана начал понижаться, и к
концу силура он достиг отметки «всего
лишь» (на самом деле это очень, очень
много) на 50 м выше сегодняшнего уров
ня. Кстати, в самом начале кембрийского
периода уровень Мирового океана, как
считают, мог быть на 50 м ниже совре
менного — грандиозные колебания!
Конец венда (докембрий) и начало
кембрия — это талассократическая эпо
ха, время господства морей и океанов
над сушей. В среднем и позднем кемб
рии уровень Мирового океана кратко
временно понижался, что характерно
для теократической эпохи (времени,
когда континенты преобладают над
морскими и океаническими бассейна-
43
ми), но с начала ордовика и по конец си
лура вновь наступает стабильная и дол
гая талассократическая эпоха, правда, с
кратковременными эпизодами пониже
ния уровня океана. В это время до 60%
площади всех континентов в Северном
полушарии затоплено, а в целом до 32%
всех материков и островов находится
под морской водой. Тем не менее уро
вень мирового океана понижается из-за
оледенения, а в конце силура господству
воды приходит конец. Движение текто
нических плит вызывает закрытие океа
нов, образование гор и рождение новых
участков суши — островов и материков.
В раннем палеозое в Южном полуша
рии существовал суперматерик Гондвана, объединявший большую часть Индии
и современных Австралии, Антарктиды,
Африки, Южной Америки. В Северном
полушарии были лишь небольшие раз
розненные участки суши, которые пе
риодически перекрывались морскими
водами. Только в конце силурийского
периода на месте океана Япетус, кото
рый тогда отделял большую часть СеверСтроматолиты кембрийского
периода.
ной Америки от «кусков» будущей Евро
пы, возникнет суперматерик Лавруссия.
На протяжении кембрия и первой по
ловины ордовика общепланетарная тем
пература Земли составляла 25 °С. Затем
произошло резкое похолодание (обще
планетарная температура снизилась до
10 °С) и оледенение, которое продли
лось до конца первой половины силу
рийского периода. После этого темпера
тура вновь поднялась до 25 °С. Активно
менялся и внешний вид земного шара: в
раннем ордовике (488—471 млн лет на
зад) Гондвана переместилась с Южного
полюса на экватор, а в силуре суперма
терик вновь вернулся на своё прежнее
место.
В начале палеозойской эры власть в
воде и на суше безраздельно принадле
жала беспозвоночным животным. Поз
воночные существа миллионами гибли в
челюстях более примитивных, но более
крупных беспозвоночных. И те и другие
имели столь причудливый облик, что,
увидев животное того времени, вы вряд
ли смогли бы понять, что это за созда
ние, где оно живёт, чем питается и как
передвигается...
Х а р а к т е р и с т и к а п е р и о д о в . К ем б р и й , о р д о в и к , си л у р
44
Это очень важный признак для прове
дения границы между эрой скрытой
жизни (криптозоем), которая как раз
и существовала в докембрии, и эрой
явной ж изни (фанерозоем).
В раннем кембрии (542—513 млн лет
назад) в Южном полушарии от полюса к
экватору выделяют тёплый, засушливый
(аридный) и тропический пояса, а в се
верном — лишь аридный пояс. В сред
нем (513—501 млн лет назад) и позднем
(501—488 млн лет назад) кембрии пояса
сместились на север.
Климатическая зональность в ордо
викском периоде (488—443 млн лет
назад) была такой же, как и в кемб
рии. А интересен ордовик прежде
всего тем, что его окончание — вре
мя массового вымирания многих
головоногих моллюсков, кораллов,
брахиопод, иглокожих. Все эти
организмы имели известковый
наружный скелет, что и вызваОтпечаток древнего
панцирного моллюска.
Окаменевшая
раковина.
Кембрийский
период
(542—
488 млн лет назад) был ознаменован
появлением беспозвоночны х ж ивот
ных с наружным скелетом. Если в па
леонтологических отложениях до
кембрия можно обнаружить только
редкие отпечатки мягких тканей ж и
вотных, не имевших раковины, то в
кембрийских отложениях палеонто
логи находят и одиночные отпечат
ки, и следы массовых скоплений раку
шек — окаменелых «домиков» существ.
Появление панциря было очень
важным эволюционным шагом. Для
чего же морским существам понадо
билась раковина? Она возникла как
ответ на появление зубов у хищников.
Большинство жителей кембрийского
моря имели твёрдый панцирь, хотя
встречались и бесскелетные формы.
Панцирный моллюск кембрийского
периода.
ло их гибель. Ведь похолодание плане
ты затронуло и водный мир — гидро
сферу, и строить панцирь из извести
стало очень сложно — при низкой тем
пературе известь (карбонат кальция)
быстро растворяется в воде. Можно
было обзавестись панцирем либо «пе
реодевшись» в фосфатный панцирь,
либо переместившись в более тёплые
места, либо отказавшись от панциря
совсем. Но это процесс небыстрый, и у
беспозвоночных попросту не хватило
времени...
Силурийский период (443—416 млн
лет назад) ознаменован появлением
рыб и выходом высших растений и бес
позвоночных животных на сушу. А в
морях ордовика и силура появились ги
гантские хищные беспозвоночные — го
ловоногие моллюски и ракоскорпионы.
Длина этих существ измерялась многи
ми метрами!..
Палеонтологический клад
В 1909 г. в национальном парке Йохо,
который находится на территории канад
ской провинции Британская Колумбия,
группа людей совершала конную прогул
ку. Одна из лошадей споткнулась о круп
ный камень. Камень отлетел в сторону,
а то, что было под ним, привлекло вни
мание людей. Они увидели множество
окаменелостей, в которых угадывались
причудливые, фантастические членисто
ногие... Так была открыта древнекемб
рийская фауна, отлично сохранившаяся в
глинистых сланцах парка Йохо.
Чарлз Уолкотт.
Сразу же после обнаружения «клада»
знаменитый американский палеонтолог
Чарлз Уолкотт приступил к исследованию
найденных остатков. Дальнейшую свою
жизнь он посвятил изучению кембрийской
фауны. Примечательное, что практически
все свои находки — около 40 тыс. — он
совершил в небольшом трёхметровом
сланцевом слое. Именно находки Уолкот
та позволили учёным реконструировать
облик кембрийского моря, существовав
шего около 500 млн лет назад.
Окаменелость, найденная в парке Йохо.
Кембрийское море
Отпечатки луизеллы.
Виваксия.
мбрийское море поражает своим
разнообразием — но это море без рыб.
Дно кишит подвижными существами,
одно из которых, словно пылесос, вмес
те с водой засасывает мельчайших жи
вотных и растений. Это пикайя, хищ
ное примитивное хордовое животное и
ближайший родственник современного
ланцетника. Она напоминает слизня:
тело у неё вытянутое, несколько санти
метров длиной, и лишено конечностей.
В поисках пищи пикайя зарывается в ил
и скрывается в поднятом ею облаке мут
ной взвеси.
А вот в своей норе затаился хищный
червь луизелла — он ждёт, пока добыча
приблизится к его логову. Своё имя ги
гантская (25 см длиной — для червя это
очень много!) луизелла получила в честь
озера Луиза в Канаде. Большая часть норы
луизеллы расположена горизонтально
и напоминает штольню, что позволяет
хищнику быстро выскочить из засады и
схватить жертву на небольшом рассто
янии от норы. Вот к ней приближается
маленькое, похожее на улитку существо
с домиком-раковинкой — виваксия. Она
неосмотрительно забирается на край пес
чаного кратера ловчей норы, из которой
мгновенно выскакивает луизелла. Однако
виваксия успевает спрятаться в раковину,
с которой червь справиться не может. Не
довольная луизелла прячется в нору, а ви
ваксия продолжает свой путь.
Вслед за виваксией, поднимая за со
бой небольшой шлейф, по дну спешит
47
Ш :h
трилобит. Трилобиты, или «трёхдоль
ные», — предки современных раков, но
внешне они похожи на мокриц. Как и
все членистоногие, трилобиты одеты в
хитиновый панцирь. У них есть глаза и
чувствительные усики, которые помога
ют ориентироваться на морском дне, где
они ищут мельчайшие частицы пищи.
Трилобит подползает к ловчей норе луизеллы, но в последний момент меняет
траекторию движения. Это и спасает его
от хищника. Из тёмной норы показыва
ется передняя часть червя, но трилобит
успевает спрятаться — зарыться в ил.
И снова луизелле ничего не остаётся, как
вернуться в свою нору.
Проходит несколько минут, и трило
бит осторожно вылезает из ила. Спас
шись от одного хищника, он оказывает
ся нос к носу с другим — сиднейей (такое
причудливое название палеонтологи
дали этому членистоногому в честь авс
тралийского города Сиднея). Сиднейя,
немного похожая на некрупного (дли
ной до 13 см) рака, неторопливо полза
ет по дну в поисках еды: более мелких,
чем она сама, ракообразных, моллюсков
итрилобитов. Однако этого трилобита
она съесть не может — слишком велик
для неё.
За их передвижениями наблюдают
чьи-то глаза, посаженные на стебелькивыросты. Принадлежат они странному
созданию — ащейе. Чем-то она похожа
на червя, и долгое время учёные причис
ляли ащей к червям, пока не выделили
Ащейя.
в отдельный тип онихофор. На голове
у ащейи выросты-усики, а на ножках —
коротких и слабеньких — коготки. За
чем ей коготки в воде — науке пока
неизвестно.
Между зарослей из водорослей, губок
и гидр проплывает причудливая опабиния, не похожая ни на одно современное
или вымершее существо. У неё пять глаз
и рука с клешнёй, растущая на том месте,
где у большинства животных располага
ется рот. Телом же она напоминает триРеконструкция внешнего вида сиднейи.
К ем брийское м оре
Окаменевший
трилобит.
К ем брийское м оре
48
добита или многоножку. Это загадочное
животное не оставило после себя ника
ких потомков, а его классификационное
положение до сих пор не определено.
Длина этого хищника составляет 15 см.
Своей рукой-ртом опабиния, как экс
каватор ковшом, роет осадок в поисках
мелких ракообразных, червей и других
существ.
Над опабинией проносится 30-сан
тиметровый аномалокарис — другой
интересный обитатель этого моря. Он
похож на кальмара или каракатицу, но
с совершенно другой головой. У него
очень крупные глаза и два выроста на
брюшной стороне тела у рта. В обыч
ном положении эти «руки»-захваты
свёрнуты в спираль, а во время атаки
разворачиваются. Больше никаких ко
нечностей у аномалокариса нет, но это
для него не помеха: молниеносно на
стигает он опабинию и ловит её парой
своих «рук».
В кембрийском море множество
хищников, поэтому вегетарианцы и
более мелкие хищники обзавелись
панцирями, которые не только защи
щают тело, но и служат для него опо
рой — внешним скелетом. Панцирь
нужен и в воде, и на суше: там он поз
воляет не «растечься» под действием
силы тяжести и спасает от высыхания,
позволяя герметично закрыться внут
ри раковины.
Хитин
Хитин — основной компонент наруж
ного скелета членистоногих — входит
также в состав клеточной стенки гри
бов и бактерий. Хитин не растворяется
в воде и органических растворителях
(кислотах, щелочах, спирте), но раство
ряется в концентрированных растворах
солей и минеральных кислот. Выпол
няет защитную и опорную функции. По
строению, физико-химическим свойс- j
твам и биологической роли он похож на
целлюлозу растений.
v
*7 чёные долго не могли объяснить фе
номен внезапного похолодания, которое,
скорее всего, и вызвало массовое вымира
ние до 60 % видов морских беспозвоноч
ных в конце ордовикского периода. Нет
никаких указаний на то, что в то время
на Земле протекали процессы, способ
ные повлечь подобную катастрофу Учё
ные предположили, что смерть пришла
из космоса — в результате мощного гам
ма-всплеска, произошедшего в относи
тельной близости от Солнечной системы.
Хоть эта гипотеза не имеет весомых дока
зательств, она весьма убедительна.
Гамма-всплески — очень кратко
временные, длительностью в секунды,
космические катастрофы гигантского
масштаба, сопровождающиеся такими
колоссальными выбросами энергии, что
свечение от них может распространятьГамма-всплеск.
Отпечаток граптолита кембрийского
периода.
f
W
' ■
ся на все окружающие галактики. Гаммавсплески, вероятно, вызываются особо
вспышками сверхновых звёзд.
Вот как выглядит ситуация, смодели
рованная на компьютере. Мощный поток
гамма-излучения достигает атмосферы
Земли. Гамма-лучи расщепляют на атомы
атмосферного кислорода (О,)
и азота (N2), вызывая массовое образова
ние оксида азота (NO). Последний разру
шает озон ( 0 3) с образованием диоксида
азота (N 02) — токсичного газа бурого
цвета, который, соединяясь с атомарным
кислородом (О), вновь образует NO.
В итоге озоновый слой стремительно
тает, а его восстановление до прежнего
состояния может затянуться на пять лет.
Всё живое на планете становится безза
щитно перед ультрафиолетовыми луча
ми, от которых раньше Землю защищал
озоновый экран. Смертоносные лучи
практически в первые же минуты катас
трофы сжигают животных и растения,
которые живут на суше. Морские обита
тели стремятся спрятаться от гибели в
глубинах океана, однако многие из них
(например, кораллы или губки) непо
движны, а другие не приспособлены для
жизни на глубине. Некоторые подвиж
ные морские животные всё-таки успева
ют укрыться в бездне, но пищевые цепи
разрушены из-за гибели неподвижных
экосистемы, а это влечёт за собой
и смерть остальных организмов. Через
какое-то время моря и океаны становятся
почти безжизненными...
Эта гипотеза объясняет массовое вы
мирание организмов, однако в ней не
нашлось места сильному похолоданию.
В теории, причиной понижения темпе
ратуры на Земле мог стать... резкий рас
цвет водорослей, причём таких, которые
очень активно вырабатывают кислород.
Животных — потребителей этого кис
лорода — осталось совсем немного, они
не успевают переводить кислород в угле
кислый газ (который является парнико
вым), и концентрация последнего начи
нает стремительно падать, что приводит
к похолоданию, оледенению и новой
Геологические отложения ордовикского
периода.
51
волне вымирания. Возможный сцена
рий? Казалось бы, да. Но для его осущест
вления необходимо, чтобы водоросли
не подвергались ультрафиолетовому об
лучению, а это вряд ли возможно — ведь
они живут в самых верхних, прозрачных
и тёплых слоях воды.
Не исключён другой сценарий: не
многочисленные уцелевшие водоросли
после катастрофы стали размножаться
и расти гораздо быстрее, чем сложно ус
троенные многоклеточные животные.
В последние годы появилось мнение,
что мхи, активно колонизировавшие
сушу, могли вызвать или усилить ордо
викское оледенение.
Есть и третья, пожалуй, наиболее
вероятная гипотеза. Согласно ей, пос
ле разрушения последних фрагментов
озонового слоя в атмосфере становится
очень мало кислорода, но остаётся мно
го диоксида и оксида азота, что меняет
свойства атмосферы. Она становится
менее прозрачной, пропускает гораздо
меньше солнечного света. При этом по
какой-то причине долгое время не идут
дожди, с которыми диоксид азота мог бы
быстро выпасть на землю. Планету оку
тывают тёмные ядовитые облака, свет
Солнца почти не проходит сквозь них...
Климат Земли неуклонно меняется: из-за
нехватки солнечной энергии остывают
атмосфера, гидросфера и верхние слои
литосферы — так начинается леднико
вый период. Вода замерзает, превраща
ется в ледники, что вызывает падение
уровня Мирового океана. Коралловые
Силурийское море.
Гамма-всплески регистрируются ас
трономами часто, но обычно их источ
ники находятся далеко за пределами
Млечного Пути, поэтому никакого вре
да Земле они не наносят. За всю исто
рию человечества событий, которые
могли бы вызвать столь масштабную
катастрофу, какая случилась в ордови
ке, в окрестностях нашей Галактики не
наблюдалось.
рифы обнажаются, их обитатели поги
бают на воздухе. Чтобы выжить, необ
ходимо спешно эвакуироваться в более
глубокие места. Однако уровень океана
понижается, и ещё недавно глубокие
И
О
о
п
jt
а
о
пв
Силурийский подводный лес
В отличие от пустынного пейзажа
кембрийского моря, дно которого похоже на степь или саванну, дно моря силу
рийского периода напоминает лесные
заросли. От грунта вверх возносятся
нити водорослей, кубки губок и многочисленные колонии кораллов самой
различной формы.
За яркость и пестроту красок в силу
рийском море отвечают иглокожие. Те
чение воды колышет заросли морских
пузырей, морских бутонов и морских
лилий. Неподалёку по дну ползают мор- |
ские ежи и морские звёзды. Поблизости — многочисленные двустворчатые и
брюхоногие моллюски, а также брахиоподы — животные, внешне и по способу
питания напоминающие двустворчатых
моллюсков.
Г
w
п
52
проливы превращаются в участки суши,
изолируя жителей моря в мелководных
водоёмах — этаких гигантских лужах.
Им больше некуда бежать...
Но постепенно последствия неожи
данной космической катастрофы на
чинают слабеть. Состав атмосферы
возвращается к норме, небо проясня
ется, и долгожданный солнечный свет
вновь обогревает планету. Тают льды,
и уровень Мирового океана снова
повышается.
Лингула.
Если у двустворчатых моллюсков, как
правило, правая створка является зер
кальным отражением левой, то у брахиопод створки всегда не похожи одна на
другую по форме и размеру. Плоскость
симметрии их тела проходит по-другому,
и у них есть брюшная и спинная створки.
Брахиоподы появились в кембрии, дожи
ли они и до наших дней. Однако расцвет
их пришёлся на конец палеозойской эры,
а затем они стали сдавать свои позиции
двустворчатым моллюскам. Брахиоподы
последние несколько сотен миллионов
лет находятся в состоянии медленного
вымирания, и, возможно, скоро их совсем
не станет. Однако и сегодня во многих мо
рях можно встретить несколько широко
распространённых родов брахиопод —
например, лингулу, которая является жи
вым ископаемым: ведь живёт на нашей
планете, никак не изменившись, ещё с
кембрийского периода, т. е. уже более
540 млн лет. Кстати, небольшие лингулы
(размер их не превышает 7— 8 см) явля
ются деликатесом японской кухни.
Разнообразие
плеченогих.
МКРИНЯЯЦ
Брахиоподы
Брахиоподы — это беспозвоночные
животные, имеющие двустворчатую ра
ковину из фосфата или извести. В бук
вальном переводе с древнегреческого
название «брахиоподы» означает «плеченогие». Этим именем животные обя
заны своей единственной конечности —
стебельку, выполняющему функции и
руки, и ноги. Большая часть плеченогих
прикрепляется с помощью стебелька к
грунту и ведёт неподвижный образ жизни,
но некоторые виды, используя свою «плеченогу», могут медленно передвигаться.
53
■ л-
которые из них отказались от плавания
и приросли ко дну «вверх тормашками».
Такие конулярии по образу жизни похо
жи на кораллы. Конулярии, появившие
ся в кембрии, вымрут в конце палеозой
ской эры.
Много в силурийском море граптолитов (от грен, graptos — «начертанный»
и lfthos — «камень»). Это колониальные
полухордовые животные, т. е. переход
ная форма от беспозвоночных к позво
ночным. Граптолиты фильтруют воду в
поисках пищи. Некоторые из них растут
на дне, другие, группками по несколько
особей, парят в толще воды — в этом им
помогает особый воздушный пузырь.
Конулярии.
Обитатели
силурийских
вод.
Холод и смерть в ордовике
Десятки миллионов лет эволюции,
прошедших с кембрийского периода,
дали Земле немыслимое разнообразие
новых морских форм жизни. Среди
них мшанки и конулярии, населявшие
воды силурийского моря. Колонии
мшанок оккупировали дно. Внешне
они очень похожи на кораллы, но, в
отличие от них, мшанки могут пере
двигаться со скоростью несколько
миллиметров в день. Мшанки, как и
брахиоподы, живут и поныне: спустя
сотни миллионов лет после силурий
ского периода в каждом коралловом
рифе около половины рифообразующих существ на самом деле являются
не кораллами, а мшанками.
В толще воды плавают конулярии —
это кишечнополостные животные, по
хожие на маленьких «бронированных»
медуз. Размер конулярий не превышает
пары сантиметров, щупальца у них не
защищённые, а сверху — фосфатный
панцирь в форме четырёхгранной пира
миды. Они питаются либо планктоном,
делая ловчую сеть из слизи, либо более
крупной добычей (даже рыбами), атакуя
её щупальцами с жалящими нитями. Не
Подводная охота
Отпечаток ископаемого ракоскорпиона.
Окаменевшие следы гигантских
силурийских ракоскорпионов
птериготусов.
^О^авайте снова опустимся в глубины
силурийского океана. Его донная жизнь
кажется безмятежной: медленно пока
чиваются заросли водорослей и губок,
ажурный коралловый риф неподвижен.
Но вот наверху, в толще воды, появляется
крупный ракоскорпион. Он подплывает
к рифу...
Потомок ракоскорпионов — юрский
рак — был так же кровожаден, как
и предки.
Ракоскорпион похож на обычного
современного сухопутного скорпиона,
но отличается более уплощённой ф ор
мой тела. Кроме того, последняя пара
ног у него трансформировалась в свое
образные «вёсла», с помощью которых
он и перемещается в воде. Клешни у него
довольно слабые, а хвост превратился
в горизонтальный хвостовой плавник.
Мог ли он жалить своим хвостом —неиз
вестно, но вполне возможно, что да, ведь
ему приходилось защищаться от грозно
го противника — головоногого моллюс
ка. Однако главная отличительная черта
ракоскорпиона — его чудовищный раз
мер: в длину животное могло превышать
2 м! Эти страшные членистоногие, по
явившись в ордовикском периоде, до
стигнут наибольшего могущества в си
луре и девоне и плавно исчезнут к концу
палеозойской эры...
Ракоскорпион, приближаясь к рифу,
высматривает добычу своими крупны
ми глазами, расположенными по бокам
55
Подводная охота
головы. У него есть ещё два небольших
глаза на затылке, они развиты слабо и в
состоянии различить разве что надвига
ющуюся тень, но тем не менее позволя
ют вовремя заметить врага.
«Приземлившись» на коралловую пос
тройку, ракоскорпион пристально следит
за снующими по топкому илистому дну
трилобитами. Чтобы не увязнуть, трило
биты обзавелись уплощёнными шипами,
растущими из головы вдоль тела, — эти
шипы работают как лыжи. Ракоскорпион
спрыгивает вниз, но трилобиты вовре
мя замечают его движение и мгновенно
сворачиваются в клубок При этом шипылыжи отрываются от поверхности дна, и
трилобиты начинают тонуть в рыхлом
осадке. Ракоскорпион успевает схватить
одного из них и быстро расправляется с
жертвой. Затаившись в облаке медленно
оседающего ила, он наблюдает за другой
сценой охоты.
Стелясь по дну, проплывает стая ры
бообразных — существ, похожих на рыб,
но ими не являющихся. Это телодусы, за
полонившие прибрежные мелководья и
засолённые лагуны всех морских и оке
анических бассейнов позднего силура.
У них нет челюстей, они не умеют же
вать, поэтому крупная добыча — не для
них: телодусы кормятся небольшими
частичками пищи, оставшимися после
охоты более крупных существ, либо едят
мелких беспозвоночных или их личи
нок Они не брезгуют и трупами своих
сородичей. Телодусы уже могут откла
дывать икру и свободно плавать, правда,
пока на небольшие расстояния. У них
нет грудных плавников, но есть один
спинной, один в конце брюха и хвосто
вой плавник Мышцы телодусов не впол
не совершенны, поэтому им приходится
время от времени отдыхать, лёжа на дне.
Именно в такие моменты они уязвимы
для ракоскорпионов.
Силурийские рыбообразные.
Подводная охота
56
Челюсти выигрывают
Рыбообразные отличаются от рыб
тем, что у них нет челюстей. А ведь че
люсти дают большое преимущество в
борьбе за существование. Во-первых, у
бесчелюстных несовершенна система
сбора пищи — не все частички пищи мож
но всосать, а после разрезать языкомтёркой. Во-вторых, процесс насыщения у
бесчелюстных занимает много времени, и
в этот момент велика вероятность стать
жертвой хищника.
В своей долгой борьбе с ракоскор
пионами, длящейся ещё с начала ордо
викского периода, бесчелюстные выра
ботали множество защитных средств: и
чешуи-пластины, и костяные монолит
ные панцири... Они даже увеличились
в размерах, ведь крупный панцирь не
приступен для клешней членистоногого.
Однако, выиграв в размерах, бесчелюс
тные проиграли в скорости: наполовину
закованные в тяжёлый костяной панг г 'п
:т :г
• . г .
- •
■
.
.
Но в данный момент стаю телодусов преследует полуметровая акантода,
или «колючая» рыба. Она начинает ата
ковать. Некоторые телодусы прячутся
между кораллов, другие стараются за
копаться в ил, а самые смелые пытаются
спастись бегством. Однако проворная
акантода более маневренна, она без
труда нагоняет одного из телодусов и
впивается в него. Это нетрудно, ведь
Отпечаток акантоды.
цирь, толкаемые только незащищённым
подвижным хвостом, они не могли пере
двигаться быстро. Теперь бесчелюстные
почти всегда держатся дна. Но большие
размеры тела требуют много пищи, а её
с каждым днём становится всё меньше и
меньше — потому, что в море появились
первые рыбы.
Рыбы значительно выигрывают у бес
челюстных в скорости, и одного только
этого достаточно для победы. Рыбооб
разные и рыбы, обитая на одном месте,
дерутся за пищу. И тут последние тоже
находятся в выигрышном положении:
они могут кусать своих более примитив
ных конкурентов, постепенно развивая
мышцы челюстей и придавая зубам оп
тимальную форму и прочность. И вот у
рыб появился последний, самый весо
мый, буквально убийственный аргумент
превосходства: они начинают пожирать
рыбообразных...
« «л
< -ч .
"
телодус лишён костяного панциря и
защищён только чешуей. Акантода от
грызает его мясистый хвост, а передняя
половина тела ещё живого рыбообраз
ного опускается на дно, где становится
добычей молодых ракоскорпионов, без
труда раздирающих его тело клешнями.
Не утолившая голода акантода набрасы
вается на другого телодуса и, разорвав
его на части, спешно глотает добычу
Запах крови привлекает внимание
пары рыбообразных паразитов, похо-
57
Миксина.
жих на червей. Они лишены чешуи и
вооружены мускулистой присоской с
острыми зубами. Подобно современ
ным пиявкам, они питаются кровью
жертвы.
Акантода глотает пищу, но рот у неё
полон чешуи и других несъедобных
Гигантский головоногий моллюск эндоцерас.
Сегодня, спустя сотни миллионов
лет после силурийского периода, в
морях водятся миксины, а в реках —
миноги. Это современные паразити
ческие рыбообразные, внешне и по
образу жизни почти не отличающиеся
от своих ископаемых предков.
кусков. Тогда рыба закрывает рот, но
приоткрывает жаберные крышки, что
бы выбросить лишнее. Оказывается,
именно этого момента и ждали пара
зиты: они бросаются в эти щели и на
мертво присасываются к жабрам. Затем
они зубами взрезают плоть акантоды
Подводная охота
Минога.
П одводная охота
58
Окаменевшая раковина моллюска отряда ортоцератид.
и начинают пить её кровь. Акантода, как
и любая рыба, не может повернуть го
лову и таким образом освободить себя
от назойливых паразитов. И плавать бы
ей с непрошеными гостями до тех пор,
пока они не насытятся и не покинут
своего «донора», после чего затаятся на
дне в ожидании нового приступа голода
и новой жертвы. Но наступает следую
щий акт драмы.
Через некоторое время акантода на
чинает чувствовать потерю крови. Она
становится вялой и опускается на дно,
поднимая илистую завесу. Ей тяжело
таскать на себе двух «наездников», поч
ти равных ей по размеру. Ил постепен
но оседает, вода делается прозрачной,
и акантода неожиданно видит подплыв
шего вплотную к ней двухметрового ра
коскорпиона. Раздается щелчок — это
ракоскорпион клешнями почти переку
сывает рыбу на части. Он подносит её
к своим челюстям и начинает трапезу,
даже не осознавая, что в действитель
ности поймал не одну, а сразу три жер
твы. Закончив пир, своими маленькими
«затылочными» глазами он видит над
собой гигантскую тень. На ракоскорпи
она надвигается главный хищник силу
ра — головоногий моллюск из отряда
ортоцератид.
Этот моллюск огромен: длина его
раковины превышает длину легкового
автомобиля! Общая же длина тела вмес
те с щупальцами составляет более 5 м.
Он медленно парит в воде, высматри
вая жертву. Трилобиты, мелкие рыбы и
рыбообразные служили ему кормом в
молодости, теперь же его интересует
добыча покрупнее. Наш ракоскорпион
слишком велик, чтобы спрятаться под
камнем или между кораллов. Поэтому
он принимает угрожающую стойку, вы
гнув хвост и задрав клешни. Моллюск
не спеша подплывает к ракоскорпио
ну и начинает опутывать его своими
щупальцами. Клешни ракоскорпиона
слишком слабы и малы, чтобы откусить
щупальце моллюска, они лишь могут
слегка ранить. Гигантский хищник от
рывает клешни ракоскорпиона и под
тягивает раненую жертву к своему рту,
вооружённому крючковатым клювом,
напоминающим клюв попугая. Клюв с
хрустом проламывает панцирь членис
тоногого, и моллюск начинает рвать
добычу. Расправившись с ракоскорпио
ном, он медленно уплывает восвояси, и
на участке дна, где только что соверши
лось несколько кровавых трапез, воца
ряется покой...
Спасаясь от хищных моллюсков, ра
коскорпионы стали выползать из моря
на сушу, постепенно превращаясь в су
хопутных скорпионов.
59
Гигантский
кальмар
нападает
на
пиратский
корабль.
12-метровый кальмар,
выброшенный на пляж
залива Тринити в 1877 г.
Подводная охота
Гигантские моллюски
водных рыб при помощи десяти своих щу
палец (у обычных осьминогов их восемь),
два из которых более длинные и узкие,
чем восемь остальных, и имеют присо
ски не по всей длине, а только на концах.
Впервые живых архитевтисов учёные
увидели в 1970-х гг., погрузившись в тём
ную пучину океана на глубоководных ап
паратах — батискафах.
Ранний палеозой — «золотой век» ги
гантских головоногих моллюсков. Одним
из самых крупных головоногих моллюсков
того времени был ордовикский ортоцерас, или «прямой рог», достигавший 10 м
в длину. Однако владычество ортоцераса
и его собратьев было прервано появлени
ем новых хозяев морей — гигантских пан
цирных рыб длиной до 15 м! Эти прожор
ливые хищники больше никогда не поз
волили головоногим моллюскам править
морскими глубинами. Часть моллюсков
резко уменьшили размеры своего тела,
другие ушли жить в тёмную холодную пу
чину, а после и вовсе исчезли.
Ряд учёных всерьёз полагают, что в
силурийских морях водились чрезвычай
но крупные хищники — головоногие мол
люски размером с трамвайный вагон! На
эти мысли их наводит факт существова
ния в наши дни глубоководных спрутовгигантов.
Одним из таких современных исполи
нов является спрут архитевтис (или архитеутис), что значит «протокальмар».
В далёком 1854 г. датский естествоиспыта
тель Япетус Стенструп по клюву этого мол
люска, выброшенному во время шторма
на берег, описал новый род спрута. Само
животное никто не видел, но моряки рас
сказывали, что в море водятся чудища со
щупальцами. Сейчас известно, что размер
этого существа около 18 м, причём длина
тела составляет примерно 2,5 м, а всё ос
тальное приходится на щупальца.
До сих пор не удалось поймать ни од
ного архитевтиса, поэтому учёные доволь
ствуются изучением мёртвых моллюсков,
которых иногда выбрасывает на берег во
время штормов. Начиная с 1870 г. зафик
сировано уже 60 случаев находок мёртвых
спрутов на берегу. Особенно часто их об
наруживают у Новой Зеландии.
Весит архитевтис около тонны. Диа
метр его глаза может достигать 45 см!
Архитевтисы обычно живут на глубине
приблизительно 1 км, где ловят глубоко-
^..Давайте из моря поднимемся на доис
торическую сушу.
Вторая половина силурийского пери
ода. Ранее утро. В лужах цветут водорос
ли. Только по краям крупных водоемов
возвышаются риниофиты — первые
высшие растения, первые «колонизато
ры» континентов. Со временем от них
произойдут все известные науке высшие
растения, включая произрастающие
сегодня.
Риниофиты.
К высшим принято относить расте
ния, живущие на суше и имеющие в
той или иной степени выраженные кор
ни, стебель, листья и плоды.
Травянистые побеги риниофитов,
образующие верхний ярус силурийско
го «леса», достигают полуметровой дли
ны, и это рекорд высоты того времени:
ведь ни кустарников, ни деревьев ещё
нет. Суша покрыта ковром из грибов и
лишайников — это нижний ярус «леса»,
здесь кипит жизнь. Миллионы микро
скопических клещей-вегетарианцев вы
сасывают питательные соки из грибов,
лишайников и риниофитов. Многие из
представителей флоры и грибов этих
«лесов» усыпаны микроскопическими
яйцами — эмбрионами клещей. Но не
только грибы и растения подвергаются
нападению.
Тысячи хищных клещей палеокаринусов размером около 0,5 мм постоянно
охотятся на своих растительноядных
собратьев. В день один палеокаринус
уничтожает до десятка клещей-вегета
рианцев и несколько десятков их яиц.
Мёртвая растительность покрыта пуль
сирующим слоем из многочисленных
многоножек размером до нескольких
десятков сантиметров. Многоножки —
самые большие наземные существа это
го времени. Их молодая поросль также
кормится гниющими остатками, при
влекая хищных скорпионов. Очевидно,
что сушу захватили членистоногие — но
не одни они здесь хозяйничают! За мно
го миллионов лет до них землю засели
ли другие существа — черви.
Многоножка забирается на неболь
шой, с виду крепкий гриб, который вмиг
разрушается под её маленьким весом.
61
Изнутри все ткани гриба уже съедены
десятками червей, которые спешат по
кинуть разрушенное убежище. Они мед
ленно двигаются к соседним грибам.
Многоножка уползает восвояси. Вне
запно на грибной «опушке» появляется
скорпион и набрасывается на одного из
червей. Хищник длиной несколько сан
тиметров без особого труда ловит червя
своими клешнями и, изогнув хвост, па
рализует жертву ядом. Пятясь, скорпион
тащит червя в укрытие — щель в каме
нистой почве. Внезапно задняя стенка
его норки разрушается, и на дно убежи
ща падает крупный земляной червь, ко
торый был занят тем, что подъедал гриб
снизу. Скорпион мгновенно умерщвляет
непрошеного гостя и возвращается на
поверхность за первым трофеем. И здесь
он улавливает вибрацию...
На опушке появляется другой, более
крупный скорпион, нарушивший вла
дения своего меньшего собрата. Хозя
ин территории не собирается сдаваться
без боя и, подняв клешни и задрав хвост,
принимает угрожающую стойку. Однако
пришелец не намерен биться и вообще
ведёт себя странно: у него нарушена ко
ординация движений, он движется рыв
ками, его тело сотрясают судороги. Вдруг
он начинает махать клешнями, после за
мирает и, потеряв равновесие, неловко
валится на землю. В предсмертной аго
нии он подёргивает ногами. Молодой
скорпион быстро подбегает к наруши
телю границы и слышит хруст взламы
ваемого изнутри панциря. Из образо
вавшейся щели появляется невероятно
длинный и тонкий червь-паразит, стре
Перипатус — современная «вариация»
онихофоры.
Микроскопические сражения
Так выглядела древняя онихофора.
мящийся как можно быстрее покинуть
своего хозяина. Тело этого червя почти
в десять раз превосходит по длине тело
скорпиона, которого червь заживо выел
изнутри. Теперь он торопится отложить
множество яиц, которые со временем
с частицами пищи окажутся в других
скорпионах, многоножках или червях.
Молодой скорпион не хочет упускать
такую большую добычу и парализует её.
Скорпион снова улавливает неболь
шой шорох: на шляпке гриба появился
самый искусный хищник этого време
ни — 15-сантиметровая онихофора. По
внешнему виду это нечто среднее между
червём и многоножкой. Как и у много
ножки, у неё много конечностей, прав
да, значительно более толстых и мясис
тых. Комплекцией же тела упитанная
онихофора скорее похожа на червя, а
не на плоскую худую многоножку. Кро
ме того, она, как и большинство чер
вей, лишена защитного панциря. Учуяв
скорпиона, онихофора плотно обви
вает высокий гриб задней половиной
тела и слегка приподнимает переднюю
часть, выбирая позицию для нападения.
Скорпион тоже принимает атакующую
позу: выходит на открытое пространс
тво, поднимает клешни и выгибает
хвост. Но тут из двух небольших тру
бочек на голове онихофоры в скорпи
она вылетают длинные струи клейкой
слизи. Слизь быстро застывает, склеи
вая конечности скорпиона и лишая его
подвижности. Онихофора спускается с
гриба и подползает ближе, держась на
Микроскопические сражения
62
¥
*
Черви — властители мира
От большей части червей после их
смерти ничего не остаётся — мягкие
ткани, из которых целиком состоят поч
ти все черви, бесследно разрушаются.
Но, несмотря на отсутствие ископае
мых доказательств, учёные убеждены:
черви, появившиеся ещё в докембрии,
долгое время удерживали пальму пер
венства в воде и на суше.
Откуда такая уверенность? Дело в
том, что надтип червей включает ог
ромное количество этих животных; сре
ди них есть хищники, «вегетарианцы»,
падалееды, черви, перерабатывающие
почву... Науке известно около 44 тыс.
видов червей! Такое огромное разно
образие видов и жизненных стратегий
может иметь только одно объяснение:
скорее всего, ещё в докембрии экосис
темы морей состояли почти из одних
только червей. На суше черви, возмож
но, жили уже в венде (последний пери
од докембрия), и совершенно точно — в
кембрии. Именно поэтому они смогли
освоить абсолютно все экологические
ниши — времени на это у них было пре
достаточно.
Даже сейчас черви не перестают
удивлять. Например, на 1 кв. м морского
дна может жить до 40 тыс. особей! Дли
на океанского червя линеуса — длин
нейшего из современных — составля
ет 35 м. Кроме «Гулливеров» есть и
«лилипуты» — различные паразиты,
например коловратки, размером до
0,01 мм. Последние удивительно
живучи: могут выдерживать и пре
дельно низкие, и очень высокие
температуры.
Учёные и сами несколько те
ряются в таком разнообразии форм
жизни. И потому нет ничего удиви
тельного в том, что до сих пор
не существует единой клас
сификации червей.
безопасном расстоянии. Затем она даёт
второй залп: слизь ещё плотнее покры
вает тело скорпиона, который хотя и
перекусил несколько затвердевших ни
тей, но уже совсем не может пошевелить
клешнями и ногами, а главное — хвос
том. Онихофора вплотную подползает
к обездвиженному скорпиону и делает
«контрольный выстрел». И, подождав
немного, убедившись в полном бесси
лии противника, она принимается за
трапезу, пожирая его заживо.
Онихофоры появились в кембрий
ском периоде около 550 млн лет назад и
дожили до наших дней. Такая успешная
выживаемость связана с их уникаль
ным дистанционным способом охоты.
Червь линеус.
Заключение
П о д в о д я основные итоги кембрия,
ордовика и силура, прежде всего отме
тим частые циклические перемены в
палеогеографии: изменение уровня Ми
рового океана, температуры на Земле,
положения континентов и суперконти
нента Гондваны.
Помимо циклических, повторяю
щихся событий описанный период ис
тории Земли был богат и на необрати
мые изменения: таким изменением, к
примеру, было увеличение площади Гон
дваны или возникновение супермате
рика Лавруссии в Северном полушарии
в конце силура. Также необратимыми
можно считать рост биоразнообразия,
который сохранялся вопреки регуляр
ным массовым вымираниям, или карди
нальное изменение состава атмосферы
и гидросферы.
Этот отрезок геологического вре
мени характеризуется почти полным
отсутствием проявлений вулканизма
на континентах, при том, что в морях
и океанах, наоборот, вулканическая ак
тивность была максимальная.
Развивающаяся жизнь на Земле энер
гично экспериментировала, изобретая
порой причудливые и мало приспособ
ленные к изменениям окружающей сре
ды организмы. Этим объясняется сущес
твование в раннем палеозое, а особенно
в кембрийском периоде, множества
странных беспозвоночных, полухордовых или примитивных хордовых. Мно
гие виды вымирали, так и не оставив
после себя потомков. Однако появля
лись и очень удачные формы, которые
сумели дожить до наших дней — их па
леонтологи называют живыми ископае
мыми. Появившись в кембрии, ордовике
или силуре, эти организмы — например,
брахиоподы-лингулиды — населяют и
современные моря.
Главными результатами трех первых
периодов палеозойской эры можно счи
тать появление раковины у беспозво
ночных существ и возникновение всех
известных науке типов беспозвоночных
животных, достижение ими господства в
воде и на суше, а также выход растений и
беспозвоночных на сушу. В итоге к концу
силурийского периода на континентах
сформировались настоящие экосисте
мы, а в «колыбели жизни» — морях и оке
анах, богатых самыми разнообразными
организмами, — уже появились первые
позвоночные — рыбы. Обжив море и
сушу, беспозвоночные создали предпо
сылки для возникновения более прогрес
сивных форм жизни — позвоночных жи
вотных, которые, появившись в воде, уже
устремили взгляды на землю. Следующей
страницей истории древней природы
будет девонский период — время выхода
позвоночных на сушу и появления ново
го класса животных — амфибий.
Окаменевший
трилобит рода
оленеллус.
Отпечаток
раковины.
Справочное издание
Для среднего школьного возраста
Габдуллин Руслан Рустемович
ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Библиотека школьника
Заведующая редакцией А Голосовская
Ведущий редактор А Ратина
Художественный редактор А Русакова
Корректор С. Липовицкая
Верстка С. Тихомиров
Цветоделение А Дунаев
В книге использованы материалы
из энциклопедии «Доисторическая жизнь»
Подписано в печать 20.08.2013
Формат 84x108 7 1б. Бумага офсетная. Гарнитура Garamond.
Печать офсетная. Уел. печ. л. 6,72.
Изд. № 13-11227. Заказ № 3556
Тираж 45 000 экз.
В соответствии с ФЗ-436 для детей старше 6 лет.
ЗАО «ОЛМА Медиа Групп»
129085, Москва, Звездный бульвар, д. 21, стр. 3, пом. I, ком. 5.
Почтовый адрес: 143421, Московская обл., Красногорский район,
26-й км автодороги «Балтия», бизнес-центр «Рига Ленд», стр. 3.
www.olmamedia.ru
Отпечатано в ОАО «Кострома». 156010, г. Кострома, ул. Самоковская, 10.
Каждой теме посвящено несколько увлекательно написанных,
красочно иллюстрированных, небольших по объему
тематических энциклопедий.
«Зарождение жизни»
X
v
На страницах книги
•
•
•
•
Когда на Земле появилась жизнь
Могли ли живые клетки прилететь из космоса
Какими были первые многоклеточные
Кто жил в самы х древних морях
ЩШ1I§j
вы узнаете:
Последние комментарии
7 часов 43 минут назад
1 день 1 час назад
1 день 1 час назад
1 день 1 час назад
1 день 1 час назад
1 день 1 час назад