Текст книги "Космос"

Разделение полов, похоже, произошло около 2 млрд лет назад[41]41
  По последним данным, самые ранние известные ископаемые подтверждения полового размножения у одноклеточных имеют возраст 1–1,2 млрд лет (Nicholas Butterfield N., 26 (3):386–404). – Прим. пер.


[Закрыть]. Прежде новые разновидности организмов могли появляться только в результате накопления случайных мутаций. Отбор изменений в генетических инструкциях происходил буква за буквой. Эволюция должна была протекать мучительно медленно. С появлением полов два организма смогли обмениваться целыми абзацами, страницами, томами своего ДНК-кода, порождая новые разновидности, готовые пройти решето естественного отбора. Организмы выбрали половой путь развития; те, что проигнорировали эту возможность, очень быстро вымерли[42]42
  Есть исключения. Например, у амебы нет полового процесса, они размножаются только делением. – Прим. пер.


[Закрыть]. И это относится не только к микробам, жившим 2 млрд лет назад. Мы, люди, тоже испытываем тягу к обмену сегментами своих ДНК.

Окаменелые трилобиты.

Слева: три слепых экземпляра, которым полмиллиарда лет.

В центре и справа: более высокоразвитые особи с прекрасно сохранившимися глазами. Появление трилобитов – одно из следствий кембрийского взрыва.

Ил. из книги «Трилобиты» Р. Леви-Сетти.

© University of Chicago, 1975

Около 1 млрд лет назад[43]43
  По последним данным, атмосфера начала насыщаться кислородом около 2–2,5 млрд лет назад. Именно к этой эпохе относится описываемая далее «кислородная катастрофа». Долгое время океан поглощал большую часть поступающего кислорода, однако около 1 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере продолжило расти и примерно 500 млн лет назад стало близким к современному уровню. – Прим. пер.


[Закрыть] жизнедеятельность растений привела к поразительным изменениям среды обитания на Земле. Зеленые растения производят молекулярный кислород. Поскольку океаны были, как и теперь, густо населены простыми зелеными растениями, кислород становился главной составляющей земной атмосферы, необратимо изменяя ее первоначальный, богатый водородом состав и приближая конец той эпохи в истории Земли, когда живая материя порождалась небиологическими процессами. Кислород способствует расщеплению органических молекул. Несмотря на наше пристрастие к нему, в своей основе он является ядом для всякой незащищенной органической материи. Переход к окисляющей атмосфере стал величайшим кризисом в истории жизни, в результате которого погибло огромное множество организмов, неспособных справиться с кислородом. В наши дни существуют лишь немногочисленные примитивные формы жизни, такие как ботулизм и бациллы столбняка, выживающие только в бескислородной среде. Азот в земной атмосфере химически гораздо более инертен и потому намного менее опасен, чем кислород. Однако и он поставляется биологическими процессами. Таким образом, 99 % земной атмосферы имеет биологическое происхождение. Наше небо было создано жизнью.

Из 4 млрд лет, прошедших от зарождения жизни, бо́льшую часть времени доминирующими организмами были микроскопические синезеленые водоросли, которые покрывали и заполняли океаны. Затем, около 600 млн лет назад, монополия этих водорослей была нарушена, и появилось невероятное изобилие новых форм жизни – событие, получившее название кембрийского взрыва. Живая материя возникла почти сразу после образования Земли, и это позволяет предположить, что жизнь, возможно, есть химический процесс, с неизбежностью возникающий на планетах земного типа. Однако 3 млрд лет эволюция не шла дальше синезеленых водорослей, и это заставляет думать, что развитие живой материи в крупные формы со специализированными органами – задача куда более трудная, чем даже само появление жизни. Быть может, существует множество заселенных микробами планет, где не встретишь больших животных и растений.

Вскоре после кембрийского взрыва океаны уже кишели многочисленными и разнообразными формами жизни. Около 500 млн лет назад в них обитали огромные полчища трилобитов – замечательно устроенных животных, отдаленно напоминавших насекомых; некоторые из них охотились стаями на дне океана. Кристаллическое вещество в их глазах позволяло им различать поляризацию света. Однако в наши дни живых трилобитов больше нет; вот уже 200 млн лет, как они вымерли. Землю неоднократно заселяли растения и животные, от которых в современной флоре и фауне не осталось и следа. И конечно же, видов, населяющих Землю сейчас, в далеком прошлом тоже не было. Среди древних окаменелостей нет и намека на подобных нам животных. Виды появляются, живут какое-то время, а затем угасают.

Дерево и человек – близкие родственники.

Фото Б. Рэя

Похоже, что до кембрийского взрыва виды сменяли друг друга относительно медленно. Отчасти, наверное, такое впечатление складывается из-за того, что чем дальше мы углубляемся в прошлое, тем скуднее становится доступная нам информация; лишь немногие организмы на ранних этапах истории нашей планеты имели твердые органы, а мягкие ткани почти не дают ископаемых остатков. Однако отчасти представление о том, что до кембрийского взрыва принципиально новые формы жизни появлялись редко, соответствует действительности; тончайшие эволюционные изменения в структуре и биохимии клетки не находят непосредственного отражения во внешних формах, фиксируемых окаменелостями. После кембрийского взрыва новые изощренные акты приспособления следовали друг за другом со скоростью, от которой захватывает дух. В стремительной череде превращений появились первые рыбы и позвоночные; растения, прежде обитавшие только в океанах, начали колонизировать сушу; народилось первое насекомое, и его потомки стали пионерами в освоении земной тверди среди животных; крылатые насекомые вывелись одновременно с амфибиями, существами, которые, подобно двоякодышащим рыбам, способны жить и на земле, и в воде; выросли первые деревья и рептилии; расплодились динозавры; возникли млекопитающие, а вслед за ними первые птицы; увидели свет первые цветы; динозавры исчезли с лица Земли; первые китообразные, предки современных дельфинов и китов, пришли в мир одновременно с приматами, пращурами обезьян и человека. Первые подобия человека, со значительно увеличенным объемом мозга, обрели плоть меньше 10 млн лет назад. И всего несколько миллионов лет назад появились первые настоящие люди.

Человеческий род взращен в лесах, и мы питаем естественное влечение к зеленым кущам. Как чудесно дерево, устремленное к небу! Его листья собирают солнечный свет, необходимый для фотосинтеза, и потому деревья соперничают, затеняя соседей. Часто, приглядевшись, можно заметить, как два дерева с медлительной грациозностью борются друг с другом. Деревья – это замечательные механизмы, которые у солнца берут энергию, у почвы – воду, у воздуха – углекислый газ и все это превращают в пищу для себя и для нас. Созданные ими углеводы растения используют в качестве источника энергии для своих, растительных нужд. А мы, животные, паразитирующие на растениях, воруем углеводы для достижения наших собственных целей. Поедая растения, мы соединяем углеводы с кислородом, растворенным в нашей крови, благодаря дыханию, и таким образом извлекаем энергию, позволяющую нам двигаться. По ходу дела мы выдыхаем углекислый газ, который растения вновь превращают в углеводы. Какая изумительная кооперация: растения дышат тем, что выдыхают животные, и наоборот! Этакий изящный всепланетный цикл взаимного питания, который поддерживается энергией звезды в 150 млн км от нас.

Макрофотография клеток крови человека. Клетки, напоминающие пончики, – это красные кровяные тельца (эритроциты), переносящие кислород. Более крупные комки – белые кровяные тельца, которые уничтожают чужеродные микроорганизмы.

Публикуется с разрешения Д. Голди, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес

Известны десятки миллиардов типов органических молекул. Но лишь около 50 типов участвуют в фундаментальных процессах жизнедеятельности. Одни и те же схемы снова и снова используются с изобретательностью и экономным консерватизмом для разных функций. В самой основе земной жизни – белках, управляющих клеточной химией, и нуклеиновых кислотах, несущих наследственные инструкции, – мы обнаруживаем молекулы, одинаковые у всех растений и животных. И дуб, и я сделаны из одного материала. Если мы заглянем достаточно далеко в прошлое, то найдем нашего общего предка.

По сложности и красоте устройства живая клетка не уступает царству звезд и галактик. Ее тщательно отлаженный механизм совершенствовался миллиардами лет эволюции. Фрагменты пищи причудливым образом превращаются в работающие клеточные структуры. Сегодняшние белые кровяные тельца – это вчерашнее пюре из шпината. Как подобное удается клетке? Внутри нее находится сложнейшая самоподдерживающаяся структура, которая преобразует молекулы, запасает энергию и готовится к самовоспроизведению. Попав внутрь клетки, мы увидели бы многочисленные пятна-молекулы, в основном белки, некоторые в состоянии бешеной активности, другие – в ожидании чего-то. Самые важные белки – ферменты. Эти молекулы управляют химическими реакциями в клетке. Ферменты подобны сборщикам у конвейера – каждый специализируется на какой-то отдельной молекулярной операции: один выполняет, например, шаг 4 в процессе конструирования нуклеотида гуанозинфосфата, другой – шаг 11 в процессе расщепления молекулы сахара в целях извлечения энергии, универсальной валюты, которой расплачиваются за выполнение всех остальных работ в клетке. Однако не ферменты заказывают музыку. Они получают инструкции и сами создаются по указаниям свыше. Молекулы-начальники – это нуклеиновые кислоты. Они живут изолированно в запретном городе в самой сердцевине клетки – ее ядре.

Электронные микрофотографии клеток крови человека (с последовательным увеличением). На верхнем снимке большинство клеток – красные кровяные тельца. Клетка, которая занимает весь нижний снимок, это B-лимфоцит, внутрь которого мы заглянем на следующей странице. Его диаметр – около одной десятитысячной сантиметра.