5.2. Эволюция жизни на Земле

Жизнь – это высшая природная форма движения материи. Она характеризуется соморегуляцией и самовоспроизведением, т.е. способностью хранить и передавать наследственную информацию. Ее вещественную основу составляют белки и нуклеиновые кислоты.

Носителями жизни являются живые организмы. Это открытые разноуровневые системы, обладающие целым рядом специфических свойств, присущих только живому.

• Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.

• Живые организмы получают энергию и вещество из окружающей среды, используя их на поддержание своей высокой упорядоченности, росту и развитию.

• Живые организмы обладают дискретностью – состоят из отдельных (дискретных) элементов, взаимодействующих между собой. Наряду с дискретностью живому организму присуще свойство целостности – все его элементы функционируют только благодаря функционированию организма в целом.

• Все живое обладает способностью к самовоспроизведению, т.е. способностью передавать потомкам наследственную информацию, содержащуюся в генах – единицах наследственности. В процессе передачи эта информация несколько видоизменяется. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них. В этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы.

• Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если толкнуть камень, он пассивно сдвигается с места. Если толкнуть животное, оно отреагирует активно: убежит, нападет или изменит форму. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

• Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Строение крота, кита, ласточки полностью соответствует условиям, в которых они живут.

• Есть несколько фундаментальных отличий живого и в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, – это белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерны саморегуляция и самовоспроизведение.

Все многообразие живых организмов на Земле, с точки зрения современного естествознания, появилось в результате длительных эволюционных процессов. Основными этапами эволюции форм живых организмов считают следующие:

• появление простейших живых клеток-прокариотов, а затем высоко-организованных клеток-эукариотов;

• появление многоклеточных организмов на основе объединения клеток эукариотов с различными функциональными признаками;

• появление высших животных. Формирование у высших животных развитой нервной системы и мозга, как объединяющего центра отдельных функций организма;

• появление человека. Формирование разума, социальных систем (общества), социального сознания.

Процесс эволюции жизни на Земле от простейших одноклеточных организмов к современному ее состоянию происходил чрезвычайно медленно, в течение 3–4 млрд. лет. По данным палеонтологических находок окаменелостей считается, что первые простейшие одноклеточные организмы – прокариоты появились на Земле примерно 3,6 млрд. лет назад.

Эти клетки не имеют четко обозначенного ядра, наследственную информацию дочерним клеткам передают биополимерными молекулами ДНК. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи). Некоторые из них сохранились до наших дней и образуют довольно большие группы: известно около 3 тысяч видов бактерий и около 2 тысяч видов водорослей, живущих в почве и пресной и морской воде.

Первичные организмы существовали в бескислородной внешней среде (в воде) и использовали для питания готовые органические вещества, т.е. были анаэробными и гетеротрофными. Постепенно у них появилась способность к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических и бактерии стали хемосинтезирующими.

Следующий важный этап биологической эволюции связан с формированием светочувствительных, пигментных структур и возникновением фотосинтеза, благодаря которому сине-зеленые водоросли, а затем и другие организмы-прокариоты стали напрямую усваивать энергию Солнца и накапливать ее в виде химической энергии, синтезируя органическое вещество из неорганического. Это активизировало их рост и развитие, а кислород, выделяющийся в процессе фотосинтеза, стал постепенно накапливаться в атмосфере.

В протерозое, примерно 1,8–2 млрд. лет назад, завершился длительный период освоения фотосинтеза. К этому времени атмосфера наполнилась кислородом, уменьшилась кислотность океана, появились высокоорганизованные клетки-эукариоты, у которых молекулы ДНК размещены в хромосомах ядра, окруженного ядерной мембраной, что сделало их более защищенными от внешних воздействий. Благодаря этому преимуществу именно клетки-эукариоты стали основой для дальнейшей эволюции жизни на Земле, а клетки-прокариоты, как менее организованные, оказались тупиковой ветвью эволюционного процесса.

Появление кислорода в атмосфере явилось следующим этапом биологической эволюции, позволившей организмам перейти от анаэробного окисления к аэробному. Это стимулировало дальнейшее усложнение организмов и привело к появлению системы дыхания, что явилось предпосылкой выхода жизни из воды на сушу. Кроме того, благодаря свободному кислороду в атмосфере сформировался защитный озоновый слой от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, что обеспечило благоприятные условия для эволюции жизни на суше.

Дальнейшая биологическая эволюция протекала в соответствии с законами саморазвития открытых неравновесных систем по пути усложнения структурной организации организмов. В результате около 1 млрд. лет назад произошло разделение эукариотов по способу получения питательных веществ на растительные и животные. Растения стали эволюционировать благодаря фотосинтезу, а животные благодаря способности передвигаться и находить себе готовую пищу. Около 800 млн. лет назад появились первые многоклеточные организмы, обладающие специализированными органами и тканями. Далее животные и растения усложняли свое строение и выполняемые функции и в процессе естественного отбора подразделялись на виды. Около 500 млн. лет назад появились наземные растения, вслед за ними на сушу вышли животные. Первые наземные животные были двоякодышащими, от них позднее произошли земноводные и сухопутные позвоночные животные. Около 300 млн. лет назад появились летающие насекомые и жизнь распространилась в атмосферу. В мезозойскую эру происходит дальнейшая эволюция животного и растительного мира. Растения приобретают вид близкий к современному, приспосабливаются к размножению на суше посредством спор и семян. Рептилии (динозавры) травоядные и хищные полностью завоевывают сушу. Около 150 млн. лет назад появляются летающие рептилии, а затем первые птицы.

По данным палеонтологии примерно 65 млн. лет назад на Земле произошло резкое изменение климата, оледенение, которое привело к гибели многих видов растений, травоядных, а затем и хищных динозавров. В этот период эволюционное преимущество получили покрытосеменные растения и теплокровные животные (млекопитающие и птицы), которые вместе с другими животными и растениями были вынуждены адаптироваться к изменившимся условиям, что ускорило их эволюционный процесс.

Примерно 15 млн. лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих, появились различные виды приматов, одним из которых, вероятно, является вид гоминид. В результате эволюционных изменений, произошедших с ним, примерно 7–10 млн. лет назад на Земле появились наши древние предки. Начался текущий период кайнозойской эры – антропоген.

В современном виде жизнь на Земле многочисленна и многообразна. Она представлена одноклеточными и многоклеточными формами. К первым относятся многочисленные вирусы и бактериофаги различной формы и размерами от 20 до 300 нм. Многоклеточные организмы разделяются на четыре царства: бактерии – около 3 тысяч видов; грибы – около 900 тысяч видов; растения – более 800 тысяч видов и животные – более 1,2 млн. видов. При этом считается, что изучено примерно 70% существующих видов.

Все это многообразие видов составляет генофонд планеты, ее богатство. Вид, как совокупность популяций особей, обладающих общими физиологическими и морфологическими признаками, является носителем наследственной информации, которая хранится внутри вида и исчезает вместе с ним, поскольку виды не скрещиваются, и в последующем более не восстанавливается. Для сохранения генофонда планеты Международным союзом охраны природы и природных ресурсов (МСОП) создана «Красная книга» исчезающих, редких и восстановленных видов животных и растений всего мира и принято соглашение, запрещающее уничтожение этих видов.