Добавил:
ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

учебники / Гаврилов В.П. «Путешествия в прошлое Земли»

.pdf
Скачиваний:
48
Добавлен:
31.05.2021
Размер:
9.79 Mб
Скачать

30 км, т.е. вулканические горы там в два-три раза пре­

восходят высочайшую вершину Земли - Джомолунгму

(по замерам китайскиХ ученых в 1975 г - 8848,13 м).

При этом гористое и покрытое многочисленными крате­ рами южное полушарие Марса в среднем на 5 км вЬШiе Шiоского северного. Исследование Шiанеты космически­

ми аппаратами показало и то, что на этой Шiанете име­

ются громадные вулканы. Самым крупным из них ока­ зался вулкан Олимп, поперечник его подножья состав­

ляет 600 км, диаметр кратера 65 :км, а высота 25 км. На

вершине вулкана имеется круглая кольдера поперечни­

ком 80 км. Эrо самая высокая гора в Солнечной систе­ ме. Известны вулканы на Марсе высотой до 20 км. Ко­

нечно, полную аналогию проводить не следует, но все

же какое-то впечатление о древнейшем рельефе нашей

Шiанеты можно получить.

Процессы эрозии и образование обломков неизбежно повлекли за собой осаждение продуктов разрушения. По­

видимому, эрозии подвергались в основном первичные

вулканические образования, о чем свидетельствует со­

став самых древних пород, дошеДIIIИХ до нас. Первичная базальтовая кора испытывала главным образом верrикаль­

ные движения. Понижения в рельефе суши и океаничес-

кого дна заполнялись продуктами разрушения. За мно-

гие десятки миллионов лет рыхлые осадочные образова-

ния скапливались в оrромных количествах, что приво­

дило к их уплотнению и преобразованию в глубокомета­ морфические породы - гнейсы.

Древнейшие гнейсовые комплексы, прорваиные rра­ нитными интрузиями, образовывали своеобразные ку­ половидные структуры - овальные вздутия в теле Зем-

ли, имеющие в поперечнике от нескольких километров

до десятков, а иногда и сотен километров. Эrи купола не

имели отчетливой линейной ориентировки в плане, рас­

полагались хаотично. Наиболее характерные структуры

s:

~

м

ш

2

3

о

а.

1::

a:l

ш

s:

a:l

ь

ш

~

~

8

51

IXI

2

~

~

r::

a::i

такого типа в древних комплексах известны в Северной

Америке в районе оз. Верхнего. Здесь вулканогенные

зеленокаменные породы и гранить1 (моlЩIОСТЬЮ до 12 км) образуют так называемую cepmo Киватин, изотоп­

ный возраст которой от 2,6 до 3,3 млрд. лет. Такого же nma купола известны на Кольском полуострове, в Каре­

лии, Сибири, Африке. Их называют овоидами, нуклеар­

ными ядрами или просто нуклеоидами (<<нуклеос» -

ядро).

. Учитывая специфические геологические условия раз­

. вития Земли в период накопления овоидов, Е.В. Пав­ ловский в 1962 г. предложил называть эту стадию нукле­

арной.

Дальнейшее образование гранито-гнейсовых куполов

приводит к их слиянию. На базальтовом слое Земли фор­

мируется новый, гранитный слой. Считается весьма ве­

роятным, что в то время происходил общепланетарный

процесс нарастания гранитного слоя - паигранитизация

Земли. Практически весь земной шар был одет корой

континешального типа. По образному замечанию ака­ демика АН. Заварицкого, Земля покрылась <<гранитным румянцем)>. Мощность коры бьmа более равномерной, чем в наше время, и составляла 30-40 км (по мненто

некоторых ученых, мощность первичной коры не пре­

вышала 5-10 км).

Итак, приблизительно 3,5 млрд. лет назад заканчива­

ется формирование первичной коiПИнентальной земной коры. В дальнейшем она испытывает неоднократную переработку. Последующие геологические процессы раз­

рушают, видоизменяют ее. Обнаружение остатков пер­

вичной коры в сравнительно неизмененнам виде - до­

вольно редкое явление. Все же геологи находят такие

участки и имеют возможность исследовать химический

состав, физические свойства, возраст этих древнейших

8 пород на Земле, которые донесли до нас очень ценную

52

геологическую информацию сквозь МИJUIИарды лет. С образованием первичной коры завершается ранний этап

геологической эвотоции планеты.

~ЕРВИЧНЫй БУЛЬОН· В ДРЕВНИХ ОКЕАНАХ

Характерной чертой ландшафта древней Земли была безжизненность суши и океанов. Ни шуршание листвы

или травы, ни всплеск рыбы или крик птицы не наруша­

ли тишины. Только шум ветра и ударов волн о берег да

гул извержений вулканов, в которые вплетались также

частая дробь дождя и раскаты грома, были первыми зву­

ками безмолвной планеты. Однако уже в тот <<мертвый

сезон>> органическая жизнь исподволь готовилась к за­

воеванию воды и суши.

Предполагают, что самым древним организмам, най­

денным в горных породах, было 3,5-3,2 млрд. лет. По данным немецкого ученого М. Шидловски, следы орга­

нического вещества содержатся в породах с возрастом в

3,8 млрд. лет. Совсем недавно (2004 г.) в журнале Nature

появилась статья ученых из Стэндфордского универси­

тета М. Тайса и Д. Лоува, где приводятся новейшие дан­

ные о возрасте древних кораллов - сравнительно высо­

коразвитых организмов. Он составляет 3,416 млрд. лет!

Появлению первых организмов предшествовал длитель-

s:

~

ный <<подготовительный>> период. Согласно предеmвлениям

м

академика А.И. Опарина, эвотоция жизни на Земле со­

 

стоит из двух стадий: химической и биологической.

 

Химическая эволюция вещества во временном отно­

 

шении соответствует лунной и нуклеарной стадиям раз­

 

вития Земли. В первичных древних океанах наряду с вод-

~

ным раствором неорганических солей содержались и раз-

tcl

нообразные органические соединения, способные всту-

~

пать во взаимодействие между собой.

r:§-

Возникновение первичных органических соединений

 

из неорганических могло произойти под действием элек-

8

трических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Экспе­

рименrальные данные подтверждают возможность син­

тезирования органических соединений из газовой смеси метана, аммиака, водорода и паров воды под действием

тихих электрических разрядов.

Один из опытов подобного рода ставился следующим

образом. В сосуд, снабженный двумя моJШбденовыми эле:кrродами, наJШВаJШ аммиачную воду в объеме, рав­

ном одной пятой жидкости сосуда, остальное простран­

ство заполнялось смесью водорода и метана при темпе­

ратуре +25 ос и давлении 0,1 МПа. Между электродами

пропускали импульсные элекrрические разряды. Через

сугки: в газовой смеси метан отсуrствовал, а в сосуде было

обнаружено более 25 различных аминокислоr. Среди них

были и те, из коrорых построены молекулы природных

белков. Опьrmым же пуrем бьши получены аминокис­

лоты из примитивных углеродистых соединений с помо­

щью короrковолновых ультрафиолетовыхлучей, способ­

ных глубоко проникать в атмосферу ЗеМJШ.

Таким образом, для возникновения аминокислог - важнейших органических соединений, ЯRЛЯЮщихся ос­ новой для построения клетки, необходимо наличие при­

митивных углеродистых соединений и короrковолновых

ультрафиолетовых лучей. В ранние периоды развития ЗеМJШ такие условия уже имелись. Эrо подтверждают два факта: наличие органических соединений в метеоритах,

лунном грунте, в атмосфере некоrорых планет и оrсут­ ствие <<Озонового щита>> у Земли в далеком прошлом, что

CD давало возможность коротковолновому ультрафиолето­

~вому излучению беспрепятственно проникать до повер­

g. хности планеты.

~Исследования последних лет обнаружили во внезем­

сном пространстве разнообразный мир органических co-

a::i единений:углеводородов,спиртов, алддеrидов,эфиров,

даже аминокислот, нуклеотидов и других ароматических

54

соединений с содержанием до 18 атомов углерода в мо­

лекуле. В начале 80-х прошлого столетия годов английс­

кий астрофизик Ф. Хойл и индийский асrрофизикЧ. Вик­

рамасингх даже высказали предположение о том, что ос­

новным компонентом межзвездной космической пыли

должна быть целлюлоза, спектр которой почти идеально

совпадает со спектром пьшевых облаков. Подобную же

спектрографическую характеристику имеют соединения,

состаRЛЯЮщие стенки бактериальных клеток. Некоторые

ученые видят в этом подтверждение идеи <<панспермии>>,

которая бьша распространена в XIX в. Согласно этой кон­

цепции, зародыши жизни вечны и едины. Они содер­

жатся в космосе: в облаках планетозималей, в пьши и

газах. Попадая в благоприятные условия, например на

Землю, первые микроорганизмы развиваются, исполь­

зуя углерод, водород и другие химические соединения

абиоrенного происхождения.

Погоня за следами органической жизни в космичес-

ком пространстве приводит иногда и _к курьезным слу­

чаям. Так, в конце прошлого века широко дискутирова­

лось открытие организованных элементов, напоминаю­

щих по форме наземные микроскопические водоросли и

бактерии, в каменных метеоритах. Пришлось создать

специальную комиссию для выяснения этого вопроса.

Бьшо установлено, что метеоритное вещество было <<за­

ражено>> земными микроорганизмами в результате со­

прикосновения его с веществом Земли.

Точные лабораторные исследования лунного грунта (реголита) обнаружили присутствие в нем водорода, ге-

лия, метана, аммиака и более сложных органических со-

единений. Аналогичные соединения бьши наЙдены в ве-

ществе некоторых каменных и углистых метеоритах, об-

Наружеины в атмосфере Юпитера и Сатурна, в головах

комет. И вот что интересно. Все эти внеземные органи­

ческие соединения имеют симметричное строение, и их

ш

~

о

Cl.

t::

ш

ffi

В

~

r:§-

8

55

CD

2

:s;

а.

CD

~

с

a::i

молекулы опrически неактивны (т.е. не отклоняют плос­

кость поляризованного светового луча), тогда как био­

генные органические соединения того же состава имеют

несимметричное строение и опrически активны.

С течением времени органические соединения абио­

генного происхождения все более и более насьпцали древ­

ний океан, формируя, по образному выражеюпоАИ. Опа­

р:и:на, «первичный бульон)>. Из хаоса взаимоперекрещива­ ющихся реакций водного раствора образуются многомо­

лекулярные комплексные системы, которые в свою оче­

редь оформляются в так называемые коацерватные кarum.

Возможность образования таких коацерватов опять-таки подтверждена лабораторными исследованиями.

Коацерваты представляли собой своеобразные моле­

кулярные рои или кучи, которые, достигнув определен­

ной величины, выделяются из общего раствора в форме

резко очерченных капель, обладающих внешней и внут­

ренней структурой. Вьщелившись из <<первичного буль­

она)>, коацерваты сохраняют способность взаимодейство­

вать с внешней средой. Вещество, окружающее каплю,

не только поглощается ею, но и претерпевает в ней раз­ личные химические преобразования.

Экспериментальным пуrем бьmо показано, что если в

коацерваты, состоящие из полиглюкозы и гистона, вклю­

чить соответствующий катализатор, а в окружающей среде

растворить фосфопроизводные глюкозы, то в каплю нач­

нет образовываться крахмал и она станет расти. При до­

полнительных включениях в капле другого катализатора

из нее вьщеляется мальтоза, которой ранее в среде не

бьmо.

Таким образом, коацерватные капли постепенно пре­

вращались в системы, способные не только к самосохра­ нению, но и к росту, и к увеличению своей массы за счет вещества окружающей внешней среды. Такие систе-

8 мы, активно взаимодействующие с внешней средой, об-

56

ладающие динамической устойчивостью и способные не

только сохраняться, но и расти в условиях <(первИ'Пlого

бульона>>, АИ. Опаршi предлагает называть протобион­

тами. Протобионты были гораздо более сложными орга­

низациями, чем коацерваты, но на много порядков ниже,

чем самые примитивные живые существа.

Дальнейшая химическая эволюция в океанах привела

к усложнению структуры протобионтов и к возникнове­ нию предбиологических многомолекулярных систем, те, в свою очередь, эволюционировали в ДИК (дезоксирибо­ нуклеиновая кислота). ДИК построена из отдельных эле­

ментов, называемых нуклеотидами. Кцдый из них со­

стоит из сахаро-фосфатных групп и одного из четырех

азотистых основаюrй (аденина, тимина, rуанина и цито­

зина). Дик обладала важными свойствами - метаболи­

ческой инертностью, т.е. определенным консерватизмом

живой сиС'lемы. Вначале, в <(первичном бульоне>>, бьm воз­ можен только беспорядочный синтез нуклеотидов. С по­

явлением ДИК произоiШiо закрепление внуrримолекуляр­

ной структуры во вновь синтезировавпmхся нуклеотидах,

что обусловило определенную наследственность.

ДИК все более и более приспосабливается к решению

задачи точного самовоспроизведения и передачи наслед­

 

ственной информации. Она послужила основным мате-

~

риалом для формирования клеток, в частности клеточ-

~

ного ядра. Самые низкоорганизованные представители

 

живых существ (бактерии, синезеленые водоросли) ха­

 

рактеризуются отсутствием истинного ядра в клетке.

 

Ядерное вещество представляет собой сферические или

 

скрученные образования, состоящие из ДИК и обладаю-

~

щие характерными для ядра химическими свойствами. У

а:1

~

этих организмов ДИК располагается в клетке свободно,

~

не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Подоб-

~

ные организмы получили название прокариоты, т.е. доя­

 

дерные. При делении таких примитинных клеток, веро-

8

57

ятно, происходил простой распад ядерного вещества на

два дочерних фрагменrа. Более высокоорганизованные

организмы и одноклеточные, и многоклеточные имеют

настоящее ядро, окруженное мембраной и резко ограни­ ченное от цитоплазмы. Их назьmают эукариотами, т.е.

ядерными.

Появление клетки дает начало принципиально ново­

му этапу в развитии жизни - биологической эволюции. Возникновение клетки потребовало огромного проме­ жуrка времени, смены бесчисленного множества поко­

лений доклеточных существ.

Концепция А.И. Опарина о происхождении жизни на Земле является сегодня наиболее аргументированной, но не единственной. Наряду с возрождаемой идеей <(панс­

пермии>> высказываются мысли о возможности попада­

ния на нашу планету из космоса сложных органических

соединений, послуживших основой для формирования

живой клетки. Так, с новой гипотезой о происхождении

жизни на Земле выступила на 27-м МеЖдУНародном гео­

логическом конгрессе (Москва, 1984 г.) группа нидер­

ландских ученых. Опытным путем в гелиевом криоста­

те, обеспечивающем космический холод и вакуум, уче­ ными бьmи получены сложные органические молекулы

(карбоксильные группы кислот, аминогруппы, мочеви­ на и др.). Предполагается, что подобные соединения могли

попасть на нашу планету в самом начале ее развития

(около 3,8 млрд. лет назад) при прохождении через пы­

левые космические облака. Расчеты показывают, что за

а] время прохождения Землей типичного пьmевого облака

~(за 0,1-1 млн. лет) на ее поверхность может осесть 108-

а. 1010 т органического вещества, что превосходит совре­

~ менную биомассу Земли. Микроскопические пьmинки,

~ покрытые слоем органических молекул, опустившись на

поверхность Земли, могли доставить подобным образом

8 строительные блоки будущих организмов.

58

с

cd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

5

6

 

 

 

 

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПtLt::,[нo-

 

41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'/j1ш1а1А1й

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пtp/IICКUй

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дe«JJICCШii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kмбpuiiaatii 70

570 АIЛН. f -

-

- 2,6 AlllpiJ.

"""

Pue. 6. Геохроналогическаятаблица, показывающаяэвалюцию Земли

и органической жизни.

ьо

Соседние файлы в папке учебники