Первичная Земля, сформировавшаяся за счёт аккреции исходного протопланетного вещества, должна была быть полностью безжизненной планетой. Связано это с тем, что само вещество протопланетного газопылевого облака образовалось благодаря взрывам сверхновых звёзд и было полностью стерилизовано жёстким космическим излучением ещё задолго до начала аккреции планет Солнечной системы. Кроме того, на Земле в те далёкие времена ещё не существовало ни плотной атмосферы, ни гидросферы, т. е. наиболее благоприятных сред для возникновения, обитания и защиты от разрушения жизни. Это объясняется тем, что земное вещество с самого начала было резко обеднено летучими соединениями, а та их ничтожная часть, которая всё-таки освобождалась при ударах и тепловых взрывах планетезималей, тут же сорбировалась очень пористым грунтом и быстро выводилась с поверхности Земли, захораниваясь постепенно в её недрах при выпадении всё новых и новых порций протопланетного вещества. К тому же в первое время после образования Земли её поверхность подвергалась исключительно интенсивному воздействию мощного потока корпускулярного излучения молодого Солнца, находившегося тогда, подобно звёздам Т–Тельца, в самом начале главной последовательности своего развития. Этот интенсивный поток корпускул, в основном протонов и ядер гелия, должен был буквально сдувать с поверхности Земли все остатки газовых составляющих.
После первой активной стадии развития молодого Солнца его светимость около 4,6 млрд лет назад примерно на 30–25% была ниже современного уровня. Поэтому условия существования на молодой и лишённой плотной атмосферы Земле были исключительно суровыми. С одной стороны, её поверхность представляла собой холодную пустыню, а с другой — она подвергалась постоянному и интенсивному облучению потоками жёстких космических лучей.
|
|
Неблагоприятные условия для возникновения и развития жизни на Земле продолжались до тех пор, пока не начал действовать процесс дегазации земного вещества. Однако это могло произойти только после подъёма температуры в недрах молодой Земли до уровня появления у неё астеносферы и возникновения конвективных движений в мантии, т. е. после начала действия наиболее мощного процесса гравитационной дифференциации земного вещества. При этом образование астеносферы и процесс зонного плавления земного вещества привели к резкому усилению приливного взаимодействия Земли с Луной и к существенному перегреву верхней мантии в экваториальном поясе Земли. Произошли эти события примерно 4,0–3,9 млрд лет назад.
На ранних этапах дегазации Земли бoльшая часть попадавшей на её поверхность воды и других элементоорганических соединений поглощалась реголитом первозданного грунта молодой Земли. Высокая пористость и сорбционная способность реголита, по-видимому, могли обеспечить наиболее благоприятные условия для формирования сложных органических соединений и зарождения жизни. Вероятнее всего жизнь зародилась именно в мелких порах первозданного реголита после того, как они оказались заполненными дегазированной и минерализованной водой (Сорохтин, Ушаков, 1991). Первичные углеводородные соединения могли возникать за счёт гидратации железосодержащих ультраосновных пород в присутствии CO2, а оксиды азота, нитраты, нитриты, аммиак, а также хлориды, карбонаты, сульфаты аммония и другие многочисленные соединения азота и углерода — благодаря грозовой активности углекислотно-азотной атмосферы раннего архея. Соединения фосфора, по-видимому, поступали в растворы непосредственно из вещества первозданного реголита. Необходимые же условия протекания реакций образования более сложных органических молекул при повышенных температурах атмосферы уже в начале архея обеспечивались капиллярным давлением водных растворов в порах реголита и каталитическим действием содержавшихся в нём свободных переходных металлов (Fe, Ni, Cr, Со и др.). Формированию сложных протоорганических молекул способствовало и то обстоятельство, что только в мелких порах реголита благодаря их большой сорбционной активности и высоким капиллярным давлениям концентрация элементоорганических соединений могла достигать уровня, необходимого для синтеза более сложных органических веществ (в морских бассейнах эти соединения оказались бы слишком разбавленными).
|
|
Напомним, что классические эксперименты С. Миллера (1959), А. Вильсона (1960), Дж. Оро (1965, 1966), С. Фокса (1965) и других исследователей показали возможность синтезирования достаточно сложных органических молекул из неорганических соединений при их нагревании в полях электрических разрядов. В России направление автохтонного происхождения жизни путём синтезирования органических молекул из неорганических соединений активно разрабатывал академик А.И. Опарин (1965).
|
|
Поэтому есть веские основания предполагать, что жизнь на Земле зародилась в пропитанном водой и элементоорганическими соединениями первозданном грунте и вулканических пеплах в начале раннего архея, около 4,0–3,9 млрд лет назад в то время, когда на Земле возникла восстановительная азотно-углекислотно-метановая атмосфера. Таким образом, зарождение жизни на Земле совпало с первым и наиболее сильным тектоническим и геохимическим рубежом в истории её развития — с начальным моментом выделения земного ядра (с началом химико-плотностной дифференциации земного вещества), приведшим к формированию гидросферы, плотной атмосферы и континентальной земной коры.
В работе известного российского геохимика Э.М. Галимова (2001), посвящённой проблемам происхождения и эволюции жизни на Земле, показывается, что происхождение жизни должно было быть связано с протеканием энергетических химических реакций, снижающих энтропию системы. Такие высокоэнергетические и низкоэнтропийные реакции могут протекать, например, с участием аденозинтрифосфата (АТФ), а синтез АТФ вполне мог происходить на ранних стадиях развития Земли. При этом для образования АТФ вначале необходимо синтезировать основание аденин — продукт полимеризации синильной кислоты HCN, и рибозу — продукт полимеризации формальдегида HCOH. Таким образом, согласно Э.М. Галимову синтез аденозинтрифосфата представляется необходимой предпосылкой зарождения и развития эволюционного процесса развития жизни на Земле.
Таким образом, в самом начале архея на Земле действительно сложились условия, благоприятные для возникновения исходных химических составов, пригодных для дальнейшего синтеза более сложных органических веществ и предбиологических соединений. Этому способствовало и присутствие в реголите активных катализаторов — переходных металлов Fe, Cr, Co, Ni, Pt и др. Возникшие к этому времени в грунте наиболее простые ассоциации сложных органических молекул или примитивные, но уже содержащие рибонуклеиновые кислоты, образования могли затем перемещаться в воду молодых морских бассейнов раннего архея.
Вероятно, в то время появились наиболее примитивные вирусы и одноклеточные организмы — прокариоты, уже ограниченные от внешней среды защитными полупроницаемыми мембранами, но ещё не обладавшие обособленным ядром. По-видимому, тогда же появились и фотосинтезирующие одноклеточные микроорганизмы (типа цианобактерий), способные окислять железо. Об этом, в частности, говорит распространённость в отложениях раннего архея возрастом около 3,75 млрд лет железорудных формаций, сложенных окислами трёхвалентного железа (например, формации Исуа в Западной Гренландии).
2.4 Заключение
Историю человеческого общества, народов, государств можно изучать, исследуя исторические документы и предметы материальной культуры (остатки одежды, орудий, жилищ и т. п.). Где отсутствуют исторические данные, там нет науки. Исследователь истории жизни на Земле, очевидно, тоже нуждается в документах, но они значительно отличаются от тех, с которыми имеет дело историк. Земные недра— это тот архив, в котором сохранились "документы" прошлого Земли и жизни на ней. В земных пластах находятся остатки древней жизни, которые показывают, какой она была тысячи и миллионы лет назад. В недрах Земли можно найти следы капель дождя и волн, работы ветров и льда; по отложениям горных пород можно восстановить контуры моря, реки, болота, озера и пустыни далекого прошлого. Геологи и палеонтологи, изучающие историю Земли, работают над этими "документами".
Пласты земной коры — это огромный музей истории природы. Он окружает нас всюду: на крутых обрывистых берегах рек и морей, в каменоломнях и шахтах. Лучше всего он открывает перед нами свои сокровища, когда мы ведем специальные раскопки. Как же и в каком виде дошли до нас остатки организмов прошлого? Попав в реку, озеро или береговую полосу моря, остатки организмов могут иногда довольно быстро покрываться илом, песком, глиной, пропитываться солями и таким образом навеки "окаменевать". В дельтах рек, прибрежных зонах морей, озерах иногда бывают крупные скопления ископаемых организмов, которые образуют громадные "кладбища". Ископаемые не всегда бывают окаменелыми. Встречаются остатки растений и животных (особенно недавно живших), которые незначительно изменились. Например, трупы мамонтов, живших несколько тысяч лет назад, находят иногда полностью сохранившимися в вечной мерзлоте. Обычно животные и растения редко сохраняются целиком. Чаще всего остаются их скелеты, отдельные кости, зубы, раковины, стволы деревьев, листья или отпечатки их на камнях. Российский палеонтолог профессор И. А. Ефремов в последние годы детально разработал учение о захоронении древних организмов. По остаткам организмов можно сказать, какие это были существа, где и как они жили и почему изменились. В окрестностях Москвы можно увидеть известняк с многочисленными остатками кораллов. Какие выводы следуют из этого факта? Можно утверждать, что на территории Подмосковья шумело море, а климат был теплее, чем теперь. Это море было мелководным: ведь кораллы не живут на большой глубине. Море было соленым: в опресненных морях кораллов мало, а здесь их изобилие. Можно сделать и другие заключения, хорошо исследовав строение кораллов. Ученые могут по скелету и другим сохранившимся частям животного (кожа, мускулы, некоторые внутренние органы) восстановить не только его облик, но и образ жизни. Даже по части скелета (челюсти, черепу, костям ног) позвоночного можно сделать научно обоснованное заключение о строении животного, образе его жизни и ближайших родственниках как среди ископаемых, так и среди современных животных. Непрерывность развития организмов на Земле — основной закон биологии, открытый Ч. Дарвином. Чем древнее животные и растения, населявшие Землю, тем они проще устроены. Чем ближе к нашему времени, тем организмы становятся сложнее и все более похожими на современных.
По данным палеонтологии и геологии, история Земли и жизни на ней разделена на пять эр, каждая из них характеризуется определенными организмами, преобладавшими в течение этой эры. Каждая эра разделяется на несколько периодов, а период в свою очередь — на эпохи и века. Ученые установили, какие геологические события и какие изменения в развитии живой природы происходили на протяжении той или иной эры, периода, эпохи.
Науке известно несколько способов определения возраста древних пластов, а следовательно, и времени существования тех или иных ископаемых организмов. Ученые установили, например, что возраст самых древних пород на Земле, архейской эры (от греческого слова "архайос" — древний), около 3,5 млрд. лет. Разными способами была вычислена длительность теологических эр и периодов. Эра, в которой мы живем,— самая молодая. Называется она кайнозойской — эрой новой жизни. Ей предшествовала мезозойская — эра средней жизни. Следующая по старшинству — палеозойская— эра древней жизни. Еще раньше были эры протерозойская и архейская. Вычисление возраста далекого прошлого очень важно для понимания истории нашей планеты, развития жизни на ней, истории человеческого общества, а также для решения практических задач, в том числе научно обоснованных поисков полезных ископаемых.
Нужны секунды, чтобы увидеть, как передвинулась минутная стрелка; два-три дня, чтобы убедиться, насколько выросла трава; три-четыре года, чтобы заметить, как юноша становится взрослым. Требуются тысячелетия, чтобы подметить некоторые изменения в очертаниях материков и океанов. Время человеческой жизни — это неощутимое мгновение на грандиозных часах истории Земли, поэтому людям издавна казалось, что очертания океанов и суши постоянны, а животные и растения, окружающие человека, не изменяются. Знание истории и законов развития жизни на Земле необходимо каждому, оно служит фундаментом научного миропонимания и открывает пути покорения сил природы.
Список используемой литературы
1. О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков - "Развитие Земли"
2. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор "Биология": В 3-х т. Т.1.: Пер. с англ. / Под ред. Р.Сопера. - М.:Мир, 1990.
3. Райнхарт Юнкер, Зигфрид Шерер - "История происхождения и развития жизни"
4. А.Л.Тахтаджян – "Жизнь растений в шести томах"
Приложения
Рис.1. Система пяти царств Уиттекера
Рис.2. Отличительные признаки основных царств природы