94

неизменно ясная погода, но часто дуют сильные ветры. В стратосфере существуют сезонные и климатические различия: есть своя зима и свое высотное лето, есть свои умеренные широты и зоны экватора. Между тропосферой и стратосферой происходит постоянный обмен воздушными массами.

Следующий слой атмосферы – ионосфера – состоит преимущественно из заряженных частиц, обладающих способностью отражать короткие радиоволны, что позволяет осуществить дальнюю радиосвязь. В ионосфере дуют ураганные ветры.

Выше ионосферы, на высоте 800-1000 км над Землей расположена экзосфера – зона рассеяния атмосферы. Следы атмосферы обнаруживаются и выше - на высоте более 10 тыс. км. До высоты 100-200 км газовый состав нашей планеты значительно не меняется. Выше – до 200-250 км – преобладает азот, затем – до 500-700 км – атомарный кислород, а еще выше – гелий. У поверхности «воздушного океана» преобладает самый легкий элемент – водород.

Внешняя форма воздушной оболочки Земли не шарообразна, а вытянута с ночной стороны наподобие хвоста кометы. Длина такого своеобразного хвоста – около 100 тыс. км. Предполагается, что он образовался в результате давления солнечных лучей – солнечного ветра. Деление атмосферы земного шара на составные части весьма условно. Нельзя провести резкую границу между отдельными частями, хотя каждая из них обладает вполне определенной спецификой. Однако все они тесно взаимосвязаны друг с другом. Такая связь наиболее сильно проявляется между верхней частью литосферы, гидросферы и нижней части атмосферы, которые образуют область активной жизни, называемую биосферой. В биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин «биосфера» впервые ввел в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс (1831-1914). Согласно учению В.И. Вернадского, биосфера – активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе и человека, проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения.

Земля вместе с атмосферой вращается вокруг Солнца. А Солнце вместе с большими и малыми планетами – вокруг галактического ядра созвездия «Стрелец».

Тестовые задания к главе 6

1. Какая из предложенных теорий образования звездной материи является научной ?

101)теория «большого взрыва» и изначально «горячей Вселенной»;

102)теория образования звездной материи из холодных газово-пылевых облаков;

103)теологическая теория создания Вселенной.

2.Укажите, какая из стадий эволюции звездной материи является первоначальной: 201) гелиевое ядро; 202) стационарное развитие; 203) сжатие протопланетного облака.

3.Эволюция звезд осуществляется в направлении:

301)уменьшения давления газов и возрастания гравитационных сил;

302)возрастания давления газов и уменьшения сил гравитации;

303)равновесной тенденции сил давления и гравитации.

4.Какой из трех основных источников переноса энергии в хромосфере Солнца является определяющим:

401) теплопроводность; 402) конвекция; 403) лучеиспускание.

5.Почему потухшие звезды называют «белыми карликами»:

501)из-за белого цвета и слабой светимости;

502)из-за небольших размеров и отсутствия мерцания;

503)из-за светимости отраженным светом при малых размерах.

97

В.А. Соколов выделяет следующие этапы эволюционного развития Земли:

1-й этап истории Земли

Стадия газово-пылевого облака и образования Земли как сгущения в этом облаке. Атмосфера содержала Н и Не, происходила диссипация этих газов.

Стадия уплотнения и разогрева Земли. В процессе постепенного разогрева протопланеты происходило восстановление окислов железа и силикатов, внутренние части протопланеты обогащались металлическим железом. В атмосферу выделялись различные газы. Образование газов происходило за счет радиоактивных, радиохимических и химических процессов. В атмосферу выделялись первоначально главным образом инертные газы: Ne (неон), Ns (нильсборий), СО2 (окись углерода), Н2 (водород), Не (гелий), Аг (аргон), Кг (криптон), Хе (ксенон). В атмосфере создавалась восстановительная обстановка. Возможно, шло и некоторое образование NH3 (аммиак) за счет синтеза. Затем в атмосферу помимо указанных начали поступать кислые дымы – СО2, H2S, HF, SO2. Происходила диссоциация водорода и гелия. Выделение водяных паров и образование гидросферы обусловливали снижение концентраций хорошо растворимых и химически активных газов (CO2, H2S, NH3). Состав атмосферы соответственно изменялся [5, 15].

Стадия постепенного охлаждения и дифференциации вещества. Через вулканы и другими путями продолжалось выделение из магмы и магматических пород водяных паров, СО2, СО, NH3, NO2, SO2. Происходило также выделение Н2, О2, Не, Аг, Ne, Kr, Xe за счет радиохимических процессов и превращений радиоактивных элементов. В атмосфере постепенно накоплялись СО2 и N2. Появилась небольшая концентрация О2 в атмосфере, но присутствовали в ней также СН4, H2 и СО (из вулканов). Кислород окислял эти газы. По мере остывания Земли водород и инертные газы поглощались атмосферой, удерживались земным притяжением и геомагнитным полем, как и другие газы первичной атмосферы [15]. Вторичная атмосфера содержала в себе некоторый остаток водорода, воду, аммиак, сероводород и носила резко восстановительный характер.

2-й этап в истории Земли

При образовании прото-Земли, вся вода была в различной форме связанной с веществом протопланеты. По мере того как из холодной протопланеты формировалась Земля и постепенно повышалась ее температура, вода все более входила в состав силикатного магматического раствора. Часть ее при этом испарялась из магмы в атмосферу, а затем и диссипировала. По мере охлаждения Земли диссипация водяных паров ослабевала, а затем практически прекратилась совсем. Атмосфера Земли стала обогащаться содержанием водяных, паров. Однако атмосферные осадки и возникновение водоемов на поверхности Земли стали возможны лишь значительно позднее, когда температура на поверхности Земли стала ниже чем 100°С. Снижение температуры на поверхности Земли до величины менее чем 100°С было, несомненно, скачком в истории гидросферы Земли. До этого момента вода в земной коре находилась лишь в химически и физически связанном состоянии, составляя вместе с породами единое неделимое целое. Вода находилась в виде газа или горячего пара в атмосфере. По мере того как температура поверхности Земли становилась ниже 100°С, на ее поверхность стали образовывались довольно обширные неглубокие водоемы, в результате выпадения обильных дождей. С этого времени на поверхности стали формироваться моря, а затем и первичный океан [ 4 ]. В породах Земли, наряду со связанной водой застывающей магмой и возникших магматических пород появляется свободная капельножидкая вода.

98

Охлаждение Земли способствовало возникновению подземных вод, которые значительно различались по химическому составу между собой и поверхностными водами первичных морей [4]. Ювенильная вода первичных морей была беднее растворимыми в ней компонентами, чем вода современного океана. Состав этих компонентов был иной.

В настоящее время в связи с работой по выяснению этой сложной проблемы устанавливается, что ко времени возникновения жизни на Земле реакции в атмосфере и гидросфере носили по преимуществу восстановительный характер благодаря отсутствию свободного кислорода и наличию водорода, аммиака, метана и других углеводородов. Это обстоятельство, как утверждают биохимики, должно было способствовать химическим процессам формирования органических соединений. Устанавливались определенные закономерности суточной, сезонной и годовой изменчивости термического и химического состава вод. В заболоченных участках суши при наличии в атмосфере смеси газов водорода, аммиака, метана, паров воды под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца появились условия для возникновения жизни.

На протяжении длительного времени, вероятно, около двух миллиардов лет, в водной среде происходили реакции взаимодействия растворенных органических и неорганических веществ с образованием все более сложных органических соединений вплоть до возникновения живой материи – жизни. При этом многие растворенные соли, как и не растворимые в воде осадки, на поверхности которых адсорбировались органические вещества, были катализаторами.

3-й этап в истории Земли Зарождение и развитие жизни. Литосфера является абиотической основой жизни.

Среди сложных органических соединений в первичных водоемах до появления жизни возникли и находились в растворе: сахара, кислоты жирного ряда, липоиды, порфирины, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, органофосфорные соединения и др. Их полимеризация и дальнейшее усложнение состава привели в конце концов к возникновению сложных высокомолекулярных полимеров, до некоторой степени сходных по своему аминокислотному строению с белками [22]. Процессу их полимеризации способствовало каталитическое действие глинистых частиц ила, кристалликов кварца, гидроокиси железа.

Возникновение этих сложных органических соединений шло, конечно, совсем иными путями, чем оно происходит теперь в живых организмах. Эта абиогенная очень длительная во времени (может быть, 2 млрд. лет) стадия органо-химической эволюции углеродистых соединений качественно отличалась от последующей биогенной стадии.

На поздней стадии абиогенной эволюции разнообразные сложные белковоподобные полимеры соединялись в многомолекулярные ассоциации. Эти ассоциации выделялись из общего раствора – сначала в виде плавающих капель (коацерватов), затем в виде масс, адсорбированных плавающими глинистыми частицами и скопляющихся на дне водоема, составляя более или менее значительную часть донного ила.

«Образование коацерватов в водах земной гидросферы, – пишет акад. А.И. Опарин,

– явилось весьма важным этапом в эволюции первичных органических веществ и в процессе возникновении жизни. До этого органическое вещество было неразрывно слито с окружающей средой, равномерно распределено во всем объеме растворителя.

При образовании коацерватов молекулы органических полимеров сконцентрировались в определенных пунктах пространства и отделились из

99

окружающей среды более или менее резкой границей. Только при этих условиях, вблизи границ не засыхающих водоемов могли возникнуть живые системы, мог возникнуть биологический обмен веществ и самовоспроизведение вещества.

Необходимым условием для возникновения жизни были неглубокие, не пересыхающие в течение года водоемы, равномерное распределение отсортированных, плавающих глинистых частиц и скопление сложных белково-подобных полимеров, которые соединялись в многомолекулярные ассоциации, а также присутствие электромагнитной энергии солнца в суточном ритме.

Академик А.И. Опарин выделяет четыре качественно различные ступени поступательной эволюции исходных коацерватных систем:

1)возникновение способности их к самосохранению в условиях постоянного взаимодействия с внешней средой;

2)возникновение систем, способных не только к самосохранению, но и к увеличению (росту) своей массы за счет веществ окружающей внешней среды;

3)приобретение системами не только динамической устойчивости, но свойств, все большей и большей динамичности, когда совершающиеся в них реакции стали протекать все с большей скоростью.

При быстром и массовом разрастании исходных систем начал происходить естественный отбор только тех из них, в которых реакции распада и синтеза согласовывались между собой так, что возникали стационарные, постоянно повторяющиеся цепи и циклы, что приводило к постоянно повторяющемуся новообразованию того или иного продукта обмена.

На этой основе и возникла характерная для живых существ способность к самовоспроизведению. «С этого момента, – пишет А.И. Опарин,— можно говорить о возникновении жизни, и на этой стадии эволюции материи естественный отбор в полной мере приобрел свой биологический смысл».

Значительно позже живое вещество приобрело свойство биогенного фотосинтеза, а вместе с тем и стало создавать те ярко выраженные окислительные условия на земной поверхности, которые характерны для настоящего времени. Эти окислительные условия возникли не сразу. Они создавались в течение длительного геологического времени, может быть в течение сотен миллионов лет. Следовательно, между этапом восстановительных условий в земной атмосфере и гидросфере и этапом окислительных условий выделяется переходная стадия [88].

Некоторые авторы (Г. Тоде, например) приходят к выводу, что коренной переход от восстановительных условий к окислительным в земной атмосфере наступил только 700-800 млн. лет назад, т.е. когда на Земле уже существовала значительно развитая жизнь и начался фотосинтез. По-видимому, это относится к середине протерозоя. Если возраст нашей планеты определяется в 3,4-5,3 млрд. лет, то, следовательно, на значительную часть ее существования приходится восстановительный характер атмосферы и гидросферы.

4-й этап в истории Земли

По мере того как в ходе эволюции организмов возникали фотоавтотрофные формы, способные при помощи длинноволновой радиации солнечного света разлагать воду, освобождая в молекулярной форме кислород, восстановительные условия на поверхности Земли постепенно заменились окислительными. Это был весьма существенный момент в истории нашей планеты, это была переломная стадия между двумя совершенно различными этапами в истории атмосферы – переход от

100

восстановительного к окислительному периоду. Такой же переломной стадией это было и в жизни гидросферы и, в частности, подземных вод.

Вэту переходную стадию «в атмосфере, – пишет А.И. Опарин, – в изобилии находились углекислый газ, водород, метан и другие газообразные вещества, образовавшиеся при различного рода брожениях. В водах морей и океанов в растворенном состоянии присутствовали этиловый спирт, различные органические кислоты и другие, не утилизируемые уже более отходы анаэробного обмена. Частично

врастворе, частично в осадках находились карбонаты и ряд сохранившихся и заново восстановленных неорганических соединений (как, например, закись железа), а также первично сохранившиеся и возникшие биогенно аммиак, сероводород и т.д.

Все эти вещества в отсутствии свободного кислорода были малодоступными для живых существ. Только возникшие уже к этому времени первичные фотосинтетики могли весьма широко и почти монопольно использовать разнообразные органические отходы брожения и такие соединения, как метан и водород, для восстановления фиксируемой ими углекислоты, построения компонентов своей биомассы».

Вэтого время усиливается процесс совершенствования аппарата обмена веществ и общей эволюции фотоавтотрофных организмов. Начался процесс все более

интенсивного биохимического поглощения СО2 из атмосферы и выделения О2. В результате этого процесса концентрация кислорода в атмосфере значительно возросла,

а концентрация двуокиси углерода уменьшилась. С увеличением концентрации О2 в атмосфере началось окисление многих газов (СО, SО2, NH3, Cl, HC1, углеводородов и других летучих органических веществ). Окисление СО и NH3 расширило участие углерода и азота в циклических процессах, связанных с живым веществом. На поверхности Земли, в ее атмосфере и гидросфере постепенно вместо восстановительной, возникла окислительная среда [21].

Вместе с этим начался процесс развития хемоавтотрофных организмов, использующих восстановленные неорганические соединения за счет энергии реакции окисления их свободным кислородом: окисление сероводорода серными бактериями, аммиака – микробами-нитрификаторами, перевод закисного железа в окисное железобактериями, окисление водорода и метана водородными и метановыми бактериями.

Резкое нарастание количества органического вещества на Земле в связи с возникновением биологического фотосинтеза, в свою очередь, явились причиной нового этапа обильного и многообразного развития гетеротрофных организмов, в т.ч. животных. Они питались готовым органическим веществом, но уже не в анаэробных, а аэробных условиях.

Со времени возникновения жизни на Земле живому веществу принадлежит

исключительно большая роль в разделении изотопов таких элементов, как О, С, S, Н. Так, более тяжелый изотоп О18 углекислоты концентрируется в растительных тканях, а более легкий изотоп О16 воды в результате фотосинтеза и разложения воды поступает в

атмосферу. В результате фотосинтеза происходит преимущественное поглощение и связывание органическим веществом легкого изотопа С12. Тяжелый изотоп С13

углекислоты, наоборот, накопляется в таких ее соединениях, как известняки, доломиты и др. Это приводит к минимальному содержанию С13 в углях, жидких и твердых битумах и т.д. [25].

Благодаря оптимальной температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрафиолетовому облучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с веществами усложнялись и образовывались углеводы, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты.

101

Возможность такого синтеза была доказана опытами А.М. Бутлерова, который еще в середине прошлого столетия получил синтетическим путем углеводы (сахар). В 19531957гг. химиками различных с (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси (аммиака, метана, водяного пара, водорода) при 70-80°С и давлении несколько атмосфер под воздействием электрических разрядов напряжением 60 тыс. вольт и ультрафиолетовых лучей были синтезированы органические кислоты, в том числе аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), которые являются материалом для образования белковой молекулы. Таким образом, были смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться аминокислоты, а при их полимеризации – и первичные белки.

Эксперименты в этом направлении оказались перспективными. В дальнейшем (при использовании других соотношений исходных газов и видов энергии) путем реакции полимеризации из простых молекул получали более сложные молекулы: белки, липиды, нуклеиновые кислоты и их производные, а позже была доказана возможность синтеза в условиях лаборатории и других сложных биохимических соединений, в том числе белковых молекул (инсулина), азотистых оснований нуклеотидов. Особенно важно то, что «лабораторные эксперименты совершенно определенно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни».

Живому веществу на Земле за все время его существования принадлежит огромная роль в круговороте воды на Земле и в формировании химического состава природных водных растворов, особенно таких, как воды океана. На протяжении от второго и до последнего этапов истории земной атмосферы продолжался процесс выделения из магматических пород паров воды, инертных газов и распад радионуклидов. Выделявшиеся из магматических пород водяные пары, выпадавшие затем в виде осадков, создавали на поверхности Земли все расширявшиеся водоемы.

5-й этап истории Земли Образование океанических впадин. В начальный период существования твердой

земной коры она не была столь гетерогенна или, употребляя термин В.И. Вернадского, асимметрична.

Суша прежде занимала гораздо больше поверхности; водоемы не носили характера современных океанов, а имели характер неглубоких эпиконтинентальных морей. Общее количество воды было значительно меньше. Современные океанические впадины развивались вследствие тектонических движений земной коры и стока поверхностных вод.

Геологические доказательства более широкого распространения суши в прошлом и факты недавних опусканий суши и дна океанов позволяют сделать выводы, что раньше на поверхности Земли глубоких океанов не было вообще, и на их месте находились мелководные морские бассейны, меньшие по площади, чем современные океаны. С течением времени происходил процесс углубления океанических впадин, охватывающий огромные площади и не компенсированный накоплением осадков. Он и привел к образованию океанических впадин. Все более подтверждающиеся в геологии факты молодости океанических впадин и более значительного распространения суши в былые времена приводят к выводу о прогрессивном увеличении количества воды на Земле в течение геологической истории. Это увеличение происходило за счет выделения из магм, сначала из гранитной магмы при формировании первичной гранитной коры (главным образом в архее), затем все более и более из базальтовой магмы.

Особенно заметное увеличение массы океанической воды произошло за время мезозоя и кайнозоя, особенно кайнозоя. Выделение воды в указанные эры происходило главным образом из базальтовой лавы при ее подъеме в процессе опускания дна

102

океанических впадин. Видимо, так шло пополнение водами современного Мирового океана.

В архее (около 1-1,3 млрд. лет назад) дифференциация вещества во внешних сферах земной планеты заключалась в образовании гранитной коры на поверхности, с некоторым выделением воды из магмы и, следовательно, с образованием на гранитной коре гидросферы. Этот процесс особенно энергично стал протекать, начиная со времени около 200 млн. лет назад.

Подводя итог, можно отметить качественные особенности каждого из пяти этапов в развитии литосферы, атмосферы и гидросферы Земли. В каждом из них атмосфера и гидросфера играли различную роль в ходе общих геологических процессов. При этом на каждом последующем этапе эта роль все более усложняется.

На первом этапе, на протяжении 1,5 млрд. лет (от 5 млрд. до 3,5 млрд. лет назад) гидросферы как отдельной составной части земной поверхности не существовало, водяные пары составляли лишь элемент земной атмосферы. Состав атмосферы менялся на разных стадиях этого этапа в зависимости от термического состояния Земли; в целом атмосфера имела восстановительный характер. Так называемые экзогенные геологические процессы стали возможны только во второй половине этого этапа, когда образовалась твердая земная кора.

На втором этапе, на протяжении следующих 1,5 млрд. лет (от 3,5 до 2 млрд. лет назад) температура на земной поверхности снизилась до 100 С. Стало возможно существование капельножидкой воды и водоемов на поверхности Земли. К химической деятельности водяных паров атмосферы на поверхности Земли добавилась растворяющая деятельность горячей капельножидкой воды, как на поверхности, так и в недрах Земли.

На третьем этапе, на протяжении 1,2 млрд. лет (от 2 млрд. до 800 млн. лет назад) зарождается и развивается жизнь на Земле; возникает биосфера. По мере развития жизни меняется характер атмосферы и гидросферы. Увеличивается количество воды на поверхности Земли и в атмосфере. Все возрастающая роль свободного кислорода и геохимическая роль организмов резко меняют и очень усложняют характер всех геологических процессов на поверхности Земли и в недрах ее твердой коры.

На четвертом этапе, на протяжении 600 млн. лет (от 800 до 200 млн. лет назад) от середины протерозоя до начала мезозоя на Земле уже существовала значительно развитая жизнь. Начался и все более интенсивно развивался органический фотосинтез, что привело в начале этого этапа к коренному переходу от восстановительных к окислительным условиям в атмосфере и гидросфере. За это время геологические и геохимические процессы на поверхности Земли и в недрах ее коры по своему характеру делаются все более близкими к современным.

На пятом этапе, на протяжении последних 200 млн. лет (от 200 млн. лет назад до современности) происходит резкое увеличение воды на Земле – этого сильнейшего растворителя и фактора геохимической миграции элементов. Возникают океанические впадины. Создаются современные особенности взаимоотношений атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых все большее значение имеет биосфера, а в самом конце этого этапа и ноосфера, т.е. преобразующая деятельность человека.

С момента появления человека начинается шестой этап – антропогенный.

7.2. Возникновение и развитие органического мира

Возраст Земли исчисляется примерно 5 млрд. лет. Жизнь существует на Земле, видимо, более 3,5 млрд. лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару. Происхождение жизни

103

связано с протеканием определенных химических реакций на поверхности первичной планеты. По мере химической эволюции на Земле активное участие принимает кислород. С накоплением его в атмосфере восстановленные органические соединения начали окисляться, в последующем давая начало аминокислотам. Анализ возможных оценок количества органического вещества, которое накопилось неорганическим путем на ранней Земле, впечатляет: по некоторым расчетам за 1 млрд. лет на каждый квадратный сантиметр земной поверхности образовалось несколько килограммов органических соединений.

Возникновение простейших форм живого. Главная проблема в учении о происхождении жизни состоит в объяснении возникновения матричного синтеза белков. Жизнь возникла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдельные молекулы ДНК, а тогда, когда начал действовать механизм ковариантной редупликации. Завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких органических соединений способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов.

Входе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те органические структуры, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Переход к матричному синтезу белков был величайшим качественным скачком в эволюции материи.

Строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного «размножения» систем, в которых строение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов. На этом пути и возникает характерный для живых существ циклический обмен веществ. В системе биоорганических структур происходил и отбор кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены, самовоспроизводящиеся системы. Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на земле, позволяет понять, почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем.

Внашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ, простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения. Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд. лет, тогда как с момента возникновения наземных растений

иживотных прошло около 500 млн. лет; птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн. лет, приматы выделились за 12-15 млн. лет, для становления человека потребовалось около 3 млн. лет.

Впроцессе эволюции световая энергия постепенно стала использоваться для усиления обмена, в частности, для образования органических соединений, которые могут сначала накапливаться, а затем расщепляться с освобождением энергии. На этом пути и шел процесс образования хлорофилла и фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивал организму поглощение необходимой энергии от Солнца, стимулировал питание за счет поглощения из внешней среды таких веществ, как вода, углекислый газ и минеральные соединения.

Первыми фотосинтетиками на нашей планете были, видимо, цианеи, а затем зеленые водоросли. Остатки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд. лет назад). В протерозое в морях обитало много разных представителей зеленых и золотистых водорослей. В это же время, видимо, появились первые прикрепленные ко дну водоросли.

104

Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию был великим революционным переворотом в эволюции живого. Значительно увеличилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород уже в значительных количествах стал выделяться в атмосферу. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, и для анаэробных организмов он был ядом. Потому многие анаэробные одноклеточные, питаясь, выделяли не кислород, а метан. Другие организмы приспособились к кислороду, получив огромное преимущество в способности запасать энергию (аэробные клетки выделяют энергии в 10 раз больше, чем анаэробные). Благодаря фотосинтезу в органическом веществе Земли накапливалось все больше и больше энергии солнечного света, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ и ускорению эволюции в целом.

Переход к фотосинтезу потребовал много времени. Он завершился примерно 1,8 млрд. лет назад и привел к важным преобразованиям на Земле: первичная атмосфера земли сменилась вторичной, кислородной; возник озоновый слой, который сократил воздействие ультрафиолетовых лучей, на биосферу. Постепенно изменился состав морской воды – он стал менее кислотным.

С «кислородной революцией» связан и переход от прокариотов к эукариотам.

Первые организмы были прокариотами. Это были такие клетки, у которых не было ядра, деление клетки не включало в себя точной дупликации генетического материала (ДНК), через оболочку клетки поступали только отдельные молекулы. Прокариоты – это простые, выносливые организмы, обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды.

Новая среда стабилизировалась. Изменилась первичная атмосфера. Организмы генетически приспосабливались к новым условиям. На формирование генетической стабильности потребовалось 1,8 млрд. лет. У эукариотов ДНК стала собираться в хромосомы, а хромосомы сосредотачиваться в ядре клетки. Такая клетка могла воспроизводиться без существенных изменений.

Появление многоклеточных организмов

(растительных и животных сообществ)

Ярчайшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды и последующее образование большого разнообразия наземных растений и животных. Из них в дальнейшем и происходят высокоорганизованные формы жизни.

Переход к наземной среде обитания требовал соответствующих изменений, т.к. вес тела на суше больше, чем в воде, и воздух, в отличие от воды не содержит питательных веществ. Кроме этого, сухой воздух иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук.

Новейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Важным этапом развития жизни и усложнения ее было возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения. Половое размножение состоит в механизме слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала, при котором потомство похоже на родителей, но не идентично им. Достоинство полового размножения в том, что оно значительно повышает видовое разнообразие и резко ускоряет эволюцию, позволяя быстрее и эффективнее приспосабливаться к изменениям окружающей среды.

Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддерживать и питать растение. Так у всех

105

семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ:

диплоидный зародыш в семенах защищен от неблагоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и др.

Вдальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными, усиление защиты зародыша от неблагоприятных условий, обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян путем образования дополнительной оболочки.

Возникновение покрытосеменных было связано с совершенствованием процесса оплодотворения: с переходом к тому, чтобы пыльцу переносил не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Такой организм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, чтобы затем отнести пыльцу на другое растение того же вида, и в конце концов, животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу).

Весь этот комплекс вопросов решался на пути возникновения огромного множества прекрасных и разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений: цветки каждого растения по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений.

Цветковым растениям свойственна высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Постепенно распространяясь, цветковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играл цветок, обеспечивавший привлечение насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую проводящую систему: плод, зародыш цветковых имеют значительные запасы пищи, что обеспечивает развитие зародыша и семени. В кайнозое формируются близкие к современным ботанико-геологические области. Покрытосеменные достигают господства. Леса получают наибольшее распространение на Земле. Территория Европы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвойные, на юге – каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой.

Географические области (ландшафты) Земли формировались и изменялись в зависимости от изменений климата.

При потеплении теплолюбивые растения распространялись на север, а при похолодании – на юг.

Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление примерно 700-800 млн. лет назад многоклеточных организмов с дифференцированным телом, развитыми тканями, органами, которые выполняли определенные функции. Первые многоклеточные животные представлены сразу несколькими типами: губки, кишечно-полостные, плеченогие, членистоногие.

Многоклеточные происходят от колониальных форм одноклеточных жгутиковых. Эволюция многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения и лучшей координации деятельности клеток, совершенствования способов дыхания и др.

Впротерозое и в начале палеозоя растения населяют в основном моря. Среди прикрепленных ко дну встречаются зеленые и бурые водоросли, а в толще воды – золотистые, красные и другие водоросли. В кембрийских морях уже существовали почти все основные типы животных, которые впоследствии лишь специализировались

исовершенствовались. Облик морской фауны определяли многочисленные

106

ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, разнообразные моллюски, плеченогие, трилобиты. В теплых и мелководных морях обитали многочисленные кораллы, значительного развития достигли головоногие моллюски – существа, похожие на современных кальмаров, длиной в несколько метров. В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10-11 м в длину. В ордовике, примерно 500 млн. лет назад, появляются и первые животные, имеющие скелеты, позвоночные. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.

Первые позвоночные возникли в мелководных пресных водоемах, и уже затем эти пресноводные формы завоевывают моря и океаны. Первые позвоночные – мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, кальмаров).

Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных, которые быстро вытеснили большинство бесчелюстных. В девоне возникают и двоякодышащие, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали легкими. Как известно, к хрящевым относятся акулы. Костистые рыбы представляют собой наиболее многочисленную группу рыб, в настоящее время преобладающую в морях, океанах, реках, озерах. Некоторые пресноводные (двоякодышащие рыбы), очевидно, и дали жизнь сначала первичным стегоцефалам, а затем и сухопутным позвоночным. Таким образом, первые амфибии появляются в девоне. В девоне возникает и другая чрезвычайно прогрессивная группа животных – насекомые.

Образование насекомых свидетельствовало о том, что в ходе эволюции сложилось два разных способа решения задач укрепления тела и совершенствования форм отражения. У позвоночных роль каркаса выполняет внутренний скелет, у высших форм беспозвоночных насекомых – наружный. Что касается форм отражения, то у насекомых чрезвычайно сложная нервная система с разбросанными по всему организму огромными и относительно самостоятельными нервными центрами. У позвоночных отмечается развитие головного мозга и преобладание условных рефлексов над безусловными. Различие этих двух разных способов строения важнейших эволюционных задач в полной мере проявилось до перехода к жизни на суше. Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Они осваивали сушу. Некоторые рептилии становятся хищными, другие – растительными. В меловом периоде возникают гигантские растительноядные динозавры. Особенно интенсивно развиваются морские рептилии в юре (ихтиозавры). Постепенно идет и завоевание воздушной среды. Насекомые начали летать еще в карбоне и около 100 млн. лет были единовластными в воздухе. И только в триасе появляются первые летающие ящеры. Пресмыкающиеся успешно осваивают воздушную среду. Возникают крупные насекомые. Некоторые летающие ящеры имели размах крыльев до 20м ! В конце мезозоя возникают плацентарные млекопитающие.

Вконце мезозоя в условиях похолодания сокращаются пространства, занятые богатой растительностью. Это влечет за собой вымирание сначала растительноядных динозавров, а затем и охотившихся на них хищных динозавров. В условиях похолодания исключительные преимущества получают теплокровные животные – птицы и млекопитающие. В палеоцене появляются первые хищные млекопитающие. В это же время некоторые виды млекопитающих «уходят» в море (китообразные, ластоногие). От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. В плиоцене встречаются уже все современные семейства млекопитающих.

Вкайнозое формируются те важнейшие тенденции, которые привели к возникновению человека. Это касается возникновения стадного образа жизни, который был ступенькой к возникновению социального общения. Причем, если у насекомых

107

биосоциальность вела к потере индивидуальности; то у млекопитающих, напротив, к подчеркиванию индивидуальных черт особи. В неогене на обширных открытых пространствах саванн Африки появляются многочисленные виды обезьян. Некоторые виды приматов переходят к прямохождению.

Так в биологическом мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира культуры.

Геология и геохимия дали возможность определить время существования переходных форм между человеком и теми животными, от которых произошли люди. Археология, изучая вещественные памятники древней материальной культуры человека, раскрывает историю развития человеческого общества. Самое главное, что отличает человека от животного, - это сознательный труд, при помощи которого человек производит все необходимые ему средства существования и членораздельная речь. Однако, несмотря на множество общих признаков у человека с обезьянами, ни одна из ныне живущих обезьян не была предком человека. Как показывает изучение большого числа находок, человек произошел от человекообразных обезьян, живших 25 млн. лет назад.

7.3. Антропогенез. Эволюция мозга и развитие сознания

Эволюция человека, или антропогенез (от греч. anthropos – человек, genesis –

развитие) – это исторический процесс эволюционного становления человека. Науку, изучающую происхождение человека, называют антропологией, возникновение которой датируют XVIII в.

Эволюция человека качественно отличается от эволюции организмов других видов, ибо в ней действовали не только биологические, но и социальные факторы. Человек относится к разряду высших млекопитающих животных с развитым сознанием, способным не только осуществлять биологические функции, но и социальные.

Еще в начале XX в. И.И. Мечников отмечал, что «...теория происхождения человека может быть причислена к числу наиболее прочных научных теорий». Будучи связанным тесными узами кровного родства с животным миром, человек имеет свою биологическую предысторию. Однако человек имеет и качественные отличия от животных. Эти отличия возникли под влиянием социальных факторов в процессе исторического развития человеческого общества.

Наследственная конституция человека сложилась в результате постепенного и длительного процесса эволюции. У непосредственных предшественников человека в процессе эволюции на базе генетической программы непрерывно возникали противоречия между их морфофизиологической организацией и формирующимися элементарными способами «инстинктивно-трудовой» деятельности. Разрешение этого противоречия путем естественного отбора вначале привело к изменениям передних конечностей, затем к развитию коры больших полушарий головного мозга и, наконец, к появлению сознания. Можно сказать, что это был первый, но решающий акт в завершении специализации генов на гены-структуры и гены-регуляторы, причем сознание обеспечило не только становление, но и дальнейшее развитие человека.

В последующем темпы биологического развития человека стали снижаться. Поскольку появление сознания обеспечивало новые формы и возможности приспособления к среде, это вело к уклонениям от действия естественного отбора, в результате чего биологическое развитие уступило место социальному развитию и совершенствованию. Как заметил в свое время К.А. Тимирязев, биологическая

108

эволюция человека осталась за порогом его истории. Таким образом, современный человек является продуктом его генов и среды. Выйдя из природы, человек остался тесно связанным с ней.

Учение об антропогенезе тесно связано с учением о расогенезе. Вопреки научному пониманию расогенеза извращение научных представлений о происхождении рас ведет к расизму, в основе которого лежит реакционная идея о высших и низших расах.

После рамапитека современная антропология не располагает какими-либо ископаемыми останками, в результате чего еще невозможно составить полный эволюционный ряд для человека, хотя на территории Эфиопии и обнаружен, вероятно, самый ранний гоминид A. ramidus, возраст которого составляет около 4,4 млн. лет. Тем не менее условно филогенез человека можно представить в виде ряда последовательных, сменяющихся одна за другой стадий (рис. 7.):

1.Предшественник – предки рода Homo, представляющие собой ископаемых обезьянолюдей – парантропов.

2.Архантропы – древнейшие люди, представленные ископаемыми остатками.

3.Палеантропы – древние люди, непосредственные предки Н. sapiens. представлены ископаемыми останками.

4.Неоантропы – ископаемые формы, связанные с культурами позднего палеолита

(Н. sapiens fossilis) и ныне живущие формы (Н. sapiens ricens).

Эволюция предков человека была постепенной. Она проходила с разной скоростью

вразные периоды.

Стадия предшественников. В 1924 г. в Южной Африке был обнаружен череп ископаемого гоминида, который по строению костей лицевого отдела и зубов принадлежал существу, занимавшему среднее положение между обезьяной и человеком. Это существо было названо парантропом или южной обезьяной, а позднее – австралопитеком (от лат. australis – южный, pithecus – обезьяна). Возраст южноафриканского австралопитека составляет около 3,0-2,3 млн. лет. Изучение скелетных останков этого существа показало, что его масса составляла 35-55 кг, зубы почти сходны с человеческими, а объем головного мозга – до 500 мл. Хотя объем головного мозга не достигает и половины объема мозга человека, он все же превышает объем мозга высших обезьян. Австралопитеки обладали способностью к прямохождению.

Ископаемые останки гоминид, которые характеризовались уменьшенными клыками, увеличенным мозгом и способностью к прямохождению, были обнаружены в 1978 г. в Восточной Африке (Танзания и Эфиопия). Их возраст составляет около 3,9-3,4 млн. лет. Эти останки, названные останками Люси, были oтнесены к виду A. afarensis.

В1994 г. в Эфиопии были обнаружены останки существа, названного А.ramidus. Возраст этих останков 4,4 млн. лет, а его зубы более примитивны по сравнению с A. afarensis. Считают, что это существо обитало во время между расхождением эволюционных ветвей гоминид и понгид и появлением А.afarensis.

В1938 г. в Южной Африке были обнаружены ископаемые останки «сильного» (по нижней челюсти) австралопитека, которого называют сейчас А. robustus. Его рост составлял 150-155 см, масса – до 70 кг, а возраст – около 1,9-1,6 млн. лет.

Дарвин, Гексли и Геккель доказали происхождение человека от высших ископаемых обезьян. Движущей силой антропогенеза, как показал Энгельс, была общественная трудовая деятельность древних людей. Это опровергает религиозноидеалистические домыслы о божественном сотворении человека. Современная наука подтверждает общественно-трудовую теорию антропогенеза.

Рис. 7. Генеалогическое древо приматов:

1 – насекомоядные, 2 – дриопитек африканский, 3 – рамапитек, 4 – австралопитек африканский, 5 – австралопитек боисей,

6, 7 – Н. erectus, 8 – неандерталец, 9,10 – Н. sapiens, 11 – узконосые обезьяны Старого Света, 12 – широконосые обезьяны Нового Света, 13 – лемуры, 14 – лори, 15 – долгопяты, 16 – орангутаны, 17 – гиббоны, 18 – гориллы, 19 – шимпанзе.

110

Этапы развития человека

Процесс возникновения и развития человека делят на ряд этапов.

1-й этап – автралопитеки, двуногое хождение, охота, систематическое использование естественных орудий, затем деятельность по их изготовлению.

2-й этап – первобытное стадо, пятикантропы, синантропы, неандертальцы, систематическое изготовление искусственных орудий. Возникавшее общественное производство обусловливало появление сознания и речи, формировало конституцию человека. Становление человека продолжалось сотни тысяч лет (Юго-Восточная, Южная, Передняя Азия и Африка).

3-й этап – превращение первобытного стада в первобытное общество, а неандертальца – в человека современного типа.

Длительное время самые древние из пралюдей – австралопитеки и homo habilis (человек умелый), жившие стадами 2,5-3 млн. лет назад, применяли «природные» орудия и лишь немного подправляли и улучшали их. Они отличались прямохождением. Антропологи считают, что наши предки приобрели прямохождение вследствие того, что более систематически употребляли в качестве орудий различные предметы: палки, рога, камни, кости. Ч. Дарвин в 1871 г. дал естественнонаучное объяснение происхождения человека от животных предков и развил идею о постепенной эволюции человека от исходных биологических форм. Ему удалось доказать, что существует тесная связь между далекими протоантропами и современным человеком (homo sapiensчеловек разумный).

Врамках биологической формы движения важнейшей предпосылкой антропогенеза является феномен так называемого неограниченного прогресса, т.е.

существование в эволюции живой природы единой магистральной линии от амебы до человека.

Втеории Дарвина ценной для понимания биологических предпосылок антропогенеза является идея о том, что элементарной единицей биологической эволюции выступает популяция, а не организм.

Популяция древних антропов состояла из особей, обладавших лабильным индивидуальным поведением и отличавшихся высокой степенью самостоятельности, способностью к изучению, т.е. к выработке условных рефлексов. В таких популяциях молодые особи выживают благодаря передаче им от родителей генетической информации о поведении и накоплении индивидуального опыта.

Популяция архантропов стала превращаться в человеческое общество только тогда, когда научилась передавать индивидуальный опыт и тем самым накапливать опыт общественный.

Это и было началом прорыва в принципиально новую адаптивную зону эволюции. Популяции архантропов отличались богатым резервом наследственной изменчивости. Чем выше был этот резерв, тем были богаче генетические возможности популяции, тем выше были шансы выжить и развиваться по пути неограниченного прогресса.

Последняя из биологических предпосылок – стадность, объединение семей в стада. Стадный образ жизни древних антропов бесспорно способствовал их выживанию и процветанию. Стада создавали ту среду, в которой происходила передача опыта друг другу и обучение детенышей жизненно важным навыкам: распознаванию съедобных плодов, способам добывания пищи, умению обнаружения мест нахождения врагов, а также использование природных предметов в качестве орудия.

Самая примитивная форма стада, известная у человека разумного, это группа, занятая охотой и собирательством. Группы, живущие за счет собирательства и охоты, существовали в разных областях земного шара до недавнего прошлого, в некоторых

111

местах существуют и до сих пор. Например, индейские племена шошонов и алгонкинов в Северной Америке, бушменов и негритосов в Африке, аборигенов в Австралии и Тасмании.

Возникшее у приматов направление эволюции общественного образа жизни продолжается и в настоящее время. На всех ступенях от полуобезьяны до современного человека отмечается общая тенденция к увеличению размеров общественной группы и усложнению ее организации, повышению технического уровня, усложнению языка, развитию интеллекта. Историческое развитие гоминид представляет собой яркий пример мозаичной эволюции, характеризующейся неравномерным темпом развития органов и систем. Наиболее быстрыми темпами, начиная с человека умелого, шла эволюция мозга. Развитию мозга предшествовало завершение прямохождения и связанное с ним преобразование тазовых костей и передних конечностей.

Движущей силой эволюции человека являлся отбор. На ранних этапах эволюции человека шел отбор индивидов более способных к изготовлению примитивных орудий, с помощью которых они могли добывать пищу и защищаться от врагов.

Характерная особенность антропо-

генеза – однонаправленность эволюционных преобразований, связанных с развитием прямохождения, мозга и рук, совершенствованием коллективного образа жизни. Характерные черты предков человека (парантропа) представлены на рисунке 8.

На стадии парантропа определенную роль играл отбор на основе индивидуальной изобретательности.

Постепенно объектом отбора становилось характерное для человека свойство – стадность и связанная с ней форма общения.

В борьбе за существование выживали группы особей (семьи), которые сообща могли противостоять неблагоприятным факторам среды.

Индивидуальный отбор на основе избирательности формировал преимущественно морфофизиологические особенности организации человеческого типа (прямохождение, мозг, кисть руки), а групповой отбор совершенствовал социальную организацию (формы отношений в стаде).

Совместные действия индивидуального и группового отбора на лучшую организацию стада получило название биосоциального отбора. На первых порах биосоциального отбора были мелкие по численности коллективы (семьи или группы семей в стаде). Затем масштабы его действия расширились до выживания целых поселений и племен.

Все три уровня биосоциального отбора (индивидуальный семейный и групповой) были взаимосвязаны в едином процессе выживания особей и групп.

112

Развитие сознания

Сознание – свойство высокоорганизованной материи – человеческого мозга.

Оно выступает, как способность нашего мозга отражать материальный мир. Сознание неотделимо от мозга. Сознание возникло и развивалось в тесной связи с развитием нашего мозга как его продукта. Сознание – это не вещество мозга и ни какая-то друга материя, а особая, весьма сложная способность человеческого мозга отражать существующий мир. Как функция мозга сознание существует до тех пор, пока функционирует мозг, когда же мозг разрушается, сознание исчезает.

Основным из признаков жизни является раздражимость. Свойство раздражимости представляет собой первую форму отражения, присущую живой материи.

Это свойство возникло в результате развития органической материи из неорганической. По мере развития организмов, раздражимость как форма отражения, принимала все более ясно выраженный биологический характер. В результате на земле нет ни одного живого существа, которое бы не обладало способностью реагировать на раздражение извне. Раздражимость не только присуща живым организмам, обладающим нервной системой, но и простейшим организмам, которые не имеют нервной системы. Раздражимость связана с обменом веществ, без которого не может быть и самой жизни.

Вживом белке в процессе питания и выделения проявляется раздражимость как биологическое отражение: белок реагирует на воздействие внешней среды тем, что усваивает из неё лишь те вещества, которые необходимы для его существования. Раздражимость является средством управления живых организмов, т.к. она регулирует приспособительное поведение организмов.

Впроцессе эволюции живого возникла качественно новая формы отражения – чувствительность, которая затем превратилась в ощущение.

По сравнению с раздражимостью ощущение представляет собой более сложное свойство живой материи, психическую форму отражения.

Способность ощущения развивалась у животных постепенно, в соответствии с развитием их организма и нервной системы.

Входе эволюции простейшие формы отражения у живых организмов сменялись всё более высокоорганизованными формами. Фиксация этих процессов формировала нервную деятельность животных.

Нервная деятельность постепенно подразделялась на низшую и высшую. Низшая

(врождённая) нервная деятельность включает в себя приспособления рефлекторного типа (безусловные рефлексы), направленные на регуляцию взаимодействия частей и органов самого организма в процессе поддержания его жизненно важных функций. Нервные элементы, осуществляющие эту регуляцию, объединены связями уже в процессе внутриутробного развития организма.

Нервные связи, обеспечивающие высшую нервную деятельность, образуются в процессе индивидуального жизненного опыта особи, в зависимости от складывающихся условий внешней среды. Понятие высшей нервной деятельности было введено в науку Иваном Петровичем Павловым в 1883 г. в связи с открытием им условного рефлекса как новой, неизвестной ранее формы нервной деятельности.

Под высшей нервной деятельностью Павлов понимал совокупность наиболее

сложных форм деятельности больших полушарий головного мозга.

Высокоразвитая нервная система и специализированные органы чувств, которыми обладают высшие животные и, особенно, человек, являются результатом длительной эволюции. В первоначальном элементарном виде нервная система состояла из нервных клеток, расположенных среди других клеток данного организма. Эти нервные клетки

113

выполняли в начале несколько функций: воспринимали, поступающие извне раздражения, передавали их друг другу и осуществляли ответные действия на раздражитель.

Следующий шаг в развитии нервной системы связан с появлением нервных узлов. В нервных узлах клетки распределялись по своим функциям на воспринимающие и двигательные. Нервные узлы соединялись в единую систему.

С появлением центральной нервной системы все функциональные связи от органов живого организма сосредоточивались в едином центре – головном мозге. Вместе с развитием центральной нервной системы у высших животных дифференцировались и специализировались органы чувств. Специализация органов чувств, происходившая в ходе эволюции живых существ и достигшая наивысшего развития в организме человека, явилась результатом постепенного, очень длительного приспособления живого организма к воздействиям внешней среды.

Ощущения человека, в отличие от ощущения животных, носят осознанный характер. Человеческий мозг по сравнению с мозгом животных обладает способностью сознательно отражать объективный мир.

Мозг человека – это высшая организация живой материи. Сознание – высшее свойство человеческого мозга.

Ощущение – это элементарная форма сознания человека. Высшим проявлением сознания человеческого мозга является мышление. Сознание и мышление – это продукты мозга человека, а мозг – орган мышления.

В 1963 г. Иван Михайлович Сеченов, выдающийся русский физиолог, в своем труде «Рефлексы головного мозга» подтвердил положение о том, что мысль есть функция материального тела – головного мозга, а кора больших полушарий является основным органом нервной деятельности животных и человека. Мозг при помощи органов чувств отражает многообразие явления материальной среды, регулирует соответственно с ней деятельность организма и тем самым устанавливает взаимосвязь организма со средой. В кору головного мозга приходят сигналы не только из внешнего мира, но и сигналы от внутренних органов.

Основными формами связи организма со средой являются безусловные и условные рефлексы. Рефлекс – это закономерная реакция организма на воздействие

внешних и внутренних раздражителей.

Постоянную связь с внешним миром можно назвать безусловным рефлексом,

а временную связь – условным. Безусловные рефлексы в процессе развития органического вида передаются по наследству от одного поколения к другому.

Сложные безусловные рефлексы называются инстинктами.

Условные рефлексы образуются в высшем отделе центральной нервной системы при воздействии внешних раздражителей на органы чувств. В результате этих воздействий в коре больших полушарий головного мозга возникают физиологические процессы возбуждения и торможения. Эти процессы происходят сначала в специальных клетках, а затем распространяются по коре больших полушарий. Далее благодаря торможению происходит сужение сферы раздражения и сосредоточение его в отдельном нервном пункте коры мозга, что даёт возможность организму правильно ориентироваться в данной среде. Эти физиологические процессы являются механизмом деятельности мозга.

Процессы возбуждения и торможения, иррадиация и концентрация являются законами работы головного мозга. Эти законы лежат в основе не только образования временных связей организма со средой, но и всей психической деятельности человека и животных.

114

Психика человека Психика – субъективное отражение объективной действительности в образах,

на основе которых регулируется взаимоотношение человека с внешней средой.

Предметы и явления, воздействуя на органы чувств, отражаются в мозгу организма в виде различных психических явлений – ощущений, восприятий и т.д. Теорию отражения развил В.И. Ленин.

Он писал: «Отражение мозгом внешнего мира не является пассивным процессом. Отражение является важнейшим условием активного отношения человека к действительности и побудителем его к деятельности. Отражение формируется в процессе деятельности и в ней проверяется его истинность, соответствие объективной действительности».

Благодаря психике у человека формируются адекватные представления о реальности, в т.ч. о себе самом как путём непосредственных контактов с объектами окружающей действительности, так и при помощи умозаключений.

Психика формируется с первых дней рождения человека, преимущественно под влиянием окружающей среды. Головной мозг осуществляет свою отражательную функцию посредством органов чувств. Поставляемую ими информацию этот высший орган психический деятельности сопоставляет с прежним опытом, проверяет практикой, накапливает, закрепляет в памяти. Память служит основой для сознательных действий человека. Те системы головного мозга, которые служат биологической основой психики, формируются под влиянием как врождённых, так и внешних факторов.

Содержание психики не наследуется, а формируется за счёт отражения бесконечного многообразия реальной деятельности человека.

Психика животных

Возникновение и развитие психики в животном мире подчинялось действию общего закона эволюции, согласно которому закреплялась та деятельность животных, которая биологически была полезна. Таким образом, психика обеспечивала более эффективное приспособление к среде.

Установлены (русским естествоиспытателем А.П. Северцевым) принципиально два

различных способа приспособления живых организмов к изменениям условий среды: 1-й – путём изменения строения и функциональных органов, 2-й способ – путём изменения поведения без изменения организации.

Первый способ был общим у растений и животных, второй – имел место только у животных и был связан с развитием психики. Внутри второго способа приспособления было выделено, в свою очередь, два различных направления.

Одно из них состояло в медленных изменениях наследуемых форм поведения – инстинктов. Эволюция инстинктов происходила под влиянием медленно протекающих изменении условии внешней среды. Её темпы совпадали с темпами изменения структурной организации животных.

Другое направление состояло в развитии способности к приобретению индивидуального опыта, т.е. разумных действий». Под термином «разумные действия» понимается быстрое изменение поведения, или «изобретение» новых способов поведения в ответ на быстрое изменение среды, перед лицом которых инстинкт оказывается беспомощным.

Приобретенный индивидуальный опыт у животных не фиксировался настолько, чтобы передаваться по наследству. По наследству передавалась лишь способность к приобретению опыта.

115

Психика появилась тогда, когда появилась способность организма отражать объективные связи между свойствами среды.

В Филогенезе (развитии) психики выделены три основные иерархические тенденции: 1) усложнение форм поведения (форм двигательной активности); 2) совершенствование способности к индивидуальному научению; 3) усложнение форм психического отражения.

В эволюции психики выделяют 3 стадии: 1-стадия элементарной, сенсорной психики, 2-стадия перцептивной психики, 3-стадия интеллекта.

Рассмотрим все три стадии.

1.На стадии сенсорной психики животные способны отражать лишь отдельные свойства внешних воздействий.

Например, уход простейших из зон повышенной температуры воды в более прохладную. У простейших обнаружены элементарные формы индивидуального научения. Оно проявляется в эффектах привыкания. Так, простейшие, заключенные в квадратный (или треугольный) сосуд и привыкшие плавать вдоль его стенок, сохраняют некоторое время квадратную (или соответственно треугольную) форму траектории и будучи перемещенными в круглый сосуд.

Другой опыт. Освещение части сосуда с водой, в которой находились туфельки, сочеталось с высокой температурой или электрическим током. В результате простейшие животные, ранее безразличные к освещению, стали предпочитать затемненную часть сосуда, даже тогда, когда освещение не подкреплялось отрицательными воздействиями. Таким образом, поведение простейших иллюстрирует ряд рассмотренных выше положений: простейшие реагируют на абиотическое воздействие внешней среды и на отдельные ее свойства.

2.Стадия перцептивной психики

Представители этой стадии отражают внешнюю целостность в форме не отдельных ощущений, а целостных образов вещей.

На данной стадии находятся насекомые, головоногие моллюски, членистоногие, рыбы, позвоночные животные. При этом проявление психики различно в зависимости от сложности структурной организации. Объединяет это разнообразие проявлений форм психики то, что типично усложнение форм поведения на пути к конечным биологическим целям. Если на самом раннем этапе психика проявлялась в реакциях приближении или ухода, то теперь «реакции» превращаются в развернутую цепь действий. Доказательством этому являются, многие способы добывания пищи, зашиты от нападения, строительства жилищ, не говоря уже о сложном ориентировочноисследовательском поведении высших животных.

Основу всех форм поведения животных составляют инстинкты – генетически фиксированные и наследуемые элементы поведения, осуществляемые на основе условных рефлексов.

Многие инстинктивные действия проходят период становления и тренировки в ходе индивидуального развития животного. Так, например, клевательные движения цыпленка появляются сразу же после вылупления, но их точность невелика. В течение первых дней она значительно повышается.

Еще одни пример. Некоторые виды птиц (зяблик, снегирь), не в состоянии воспроизвести песню своего вида, если они выросли в изоляции или в обществе других птиц.

116

Многие инстинктивные акты совершенствуются под действием индивидуального опыта животных. Такая пластичность инстинктивного действия запрограммирована, но при этом ограничена генетически заданной «нормой реагирования».

Каждый индивид владеет индивидуально особыми формами поведения. Ярким примером могут служить любые полезные привычки домашних животных, цирковая дрессировка животных.

Описаны случаи передачи нового, изобретенного каким-нибудь животным способа поведения другим особям популяции, а затем и последующим поколениям.

Групповое поведение животных подчинено биологическим целям, законам. Оно закреплялось естественным отбором, причем фиксировались только те его формы, которые обеспечивали лучшее решение прямых биологических задач – питания, самосохранения и размножения.

3. Стадия интеллекта Интеллект (от лат. интеллектус – понимание, рассудок) – это психологическое

понятие. Часто понимается как способность мышления, рационального познания. Эволюционные стадии психики у низших животных – генетические программы, у

высших животных – условные рефлексы, у человека – познание.

В кибернетике появилось понятие «искусственный интеллект» – это отражающая система различных уровней сложности ее технической организации, система процессов улавливания, запоминания и установления связей между информацией для решения определенных задач.

Главные особенности психики животных, которые отличают ее от психики человека.

1.Вся активность животных определяется биологическими мотивами.

2.Вся деятельность животных ограничена рамками наглядных конкретных ситуаций. Они не способны планировать своих действий.

3.Основу поведения животных во всех сферах жизни, включая язык и общение, составляют наследственные видовые программы. Научение у них ограничивается приобретением индивидуального опыта, благодаря которому видовые программы приспосабливаются к конкретным условиям существования индивида.

4.У животных отсутствует закрепление, накопление и передача опыта поколениям

вматериальной форме, т.е. в форме предметов материальной культуры.

Эволюция психической деятельности человека

Человеческое общество возникло на основе совместной трудовой деятельности, неизвестной и недоступной животным. Как в своем индивидуальном развитии, так и в общественной жизни, человек вышел из-под власти биологических законов и с определенного момента антропогенеза стал подчиняться законам социальным. В процессе роста человека его психика постепенно развивается от образного познания в детском возрасте к познанию отвлеченному, включающему построение обобщений и абстракций, характерного для более зрелого возраста. При этом переход на этап обобщений не снимает образного чувственного познания. Наоборот, чувственное познание служит основой для построения обобщений. Формированию психики у человека предшествовал длительный период, при этом определяющим фактором в развитии психики явился труд. Человек стал обладать таким уровнем психики, который позволил ему не только познавать мир, но и преобразовывать его.

117

Развитие психики человека связано с формированием высокоорганизованной структуры мозга человека.

Строение и функции нервной системы человека

Вся нервная система делится на центральную и периферическую. К центральной нервной системе относится головной и спинной мозг. От них по всем органам расходятся нервные волокна – периферическая нервная система.

Основная функция нервной системы интеграция внешнего воздействия с соответствующей приспособительной реакцией организма. Структурной единицей нервной системы является нервная клетка – нейрон. Он играет существенную роль в фильтрации нервных импульсов: пропускает одни импульсы и задерживает другие. Нейроны связаны друг с другом и осуществляют объединенную деятельность.

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга. Головной мозг подразделяется на ствол мозга и передний мозг. Ствол мозга состоит из продолговатого мозга и среднего мозга. Передний мозг подразделяется на промежуточный и конечный. Все отделы мозга имеют свои функции.

Промежуточный мозг состоит из гипоталамуса – центра эмоций и витальных потребностей (голода, жажды), лимбической системы (ведающей эмоциональноимпульсивным поведением) и таламуса (осуществляющего фильтрацию и первичную обработку чувственной информации).

У человека особенно развита кора больших полушарий – орган высших

психических функций. Она имеет толщину 3-4 мм, а площадь ее в среднем равна

0,25 м2.

Кора состоит из шести слоев. Клетки мозга связаны между собой. Их насчитывается около 15 миллиардов. Различные нейроны коры имеют свою специфическую функцию. Одна группа нейронов выполняет функцию анализа (дробления, расчленения нервного импульса), другая группа осуществляет синтез, объединяет импульсы, идущие от различных органов чувств и отделов мозга (ассоциативные нейроны). Существует система нейронов, удерживающая следы от прежних воздействий и сличающая новые воздействия с имеющимися следами.

По особенностям микроскопического строения всю кору мозга делят на несколько десятков структурных единиц – полей, а по расположению его частей – на четыре доли: затылочную, височную, теменную и лобную.

Кора головного мозга человека является целостно работающим органом, хотя отдельные его области функционально специализированы. Так, затылочная область

коры осуществляет сложные зрительные функции, лобно-височная – речевые, височная – слуховые. Наибольшая часть двигательной зоны коры головного мозга связана с регуляцией движения органов труда (рук) и органов речи.

Подкорковые образования, регулируя врожденную безусловно-рефлекторную деятельность, являются областью тех процессов, которые проявляются в виде эмоций.

С функций коры больших полушарий также связано формированием эмоций.

Функция височной зоны определяет память, теменной области – ориентировку в пространстве, лобной доли – прогнозирование, ассоциативное мышление и интеллект.

Как известно, у человека имеются две височные доли полушарий. Они принимают участие в сохранении памяти на прошлые события.

Гиппокамп – это парное образование, часть коры большого мозга, располагается на внутренней стенке боковых желудочков. Гиппокамп участвует в организации

ориентировочного рефлекса и внимания, регулирует вегетативные реакции,

118

мотивацию, эмоции, управление произвольными движениями, механизмами обучения и памяти.

Полагают, что гиппокамп участвует в регистрации новой информации, при этом вновь поступающая информация сравнивается с уже имеющейся, на основании чего происходит выявление сигналов, подлежащих записи.

Мозжечок – это часть заднего мозга, которая заполняет большую часть задней черепной ямки. К коре мозжечка подходят тактильные, акустические, зрительные и другие проводящие пути. Функции мозжечка связаны с рефлекторной

координацией сокращений мышц туловища и конечностей, обеспечивающих поддержание равновесия тела в пространстве.

Миндалевидное тело (или миндалина мозжечкам) – это структура, входящая в нижнюю долю мозжечка.

Височная область и гиппокамп участвуют в формировании и временном сохранении следов памяти, но не служат местом постоянного хранения информации.

Больные с тяжелыми двусторонними поражениями гиппокампа не могут обучаться, не могут хранить в памяти то, что узнали, не способны вспомнить лицо человека, которого только что видели. Память о событиях, происходивших до болезни или травмы, полностью сохраняется.

В опытах на обезьянах было показано, что только одновременное удаление гиппокампа и миндалевидного тела уничтожает результаты недавнего обучения. Если удалялось только миндалевидное тело или только гиппокамп, то обучение новым формам поведения было возможным, хотя непосредственно предшествовавшее обучение практически забыто.

Таламус – образование, которое объединяет около 150 ядер. Физиологически их принято делить на специфические, ассоциативные и неспецифические.

Через специфические ядра таламуса в проекционные зоны коры поступает вся информа-

ция (за исключением обонятельной) о внутренней среде организма и окружающей его среде (рис. 9).

Функция ассоциативных ядер окончательно не выяснена.

ние.

119

Роль этих структур мозга была выявлена в экспериментах на животных и при различных травматических повреждениях у человека.

Более существенна для организации памяти роль коры головного мозга. Медиальная (внутренняя) часть височной коры связана с запоминанием текущих событий и наравне с гиппокампом обеспечивает сохранение у человека следов недавних событий.

Люди с поврежденной височной долей (медиальная часть коры и гиппокамп) живут только в настоящем времени, у них нет недавнего прошлого. Существует в памяти только та часть жизни, которая произошла до травмы. Все, что произошло в момент или после травмы, человек не помнит.

О роли различных областей коры мозга в процессах памяти косвенно свидетельствует то, что у животных, выращенных в условиях воздействия множества раздражителей и обучения, слои коры головного мозга толще, структура нервных клеток (нейронов) сложнее.

Найти определенное место в коре больших полушарий, где хранится информация, пока не удалось. Полагают, что память хранится в лобной части коры головного мозга

иядрах таламуса.

Учеловека с повреждением заднемедиального ядра в результате травмы память на события, предшествовавшие травме, полностью сохраняется, но возможность усвоения нового словесного материала практически исчезает. При одновременном поражении внутренних ядер таламуса и нейронов лобной части коры и мозжечка у человека исчезает способность решать задачи, возможность переучиваться.

В сохранении результатов обучения двигательным условным рефлексам большое значение имеет мозжечок. Удаление зоны мозжечка, приводит к полному исчезновению условного рефлекса. Разрушение определенной области мозжечка ликвидирует не только следы обучения, но и блокирует образование новых условных рефлексов. Разрушение глубинных мозжечковых ядер гибельно для следов памяти об обучении движениям.

Изменение памяти, особенно ее эмоциональных аспектов, связаны с миндалевидным телом. Нормальное функционирование височной доли коры является условиям сохранения памяти как на недавние, так и отдаленные события. Все, что содержится в памяти более одной минуты, переводится в систему долговременной памяти. Переход от кратковременной к долговременной памяти – это преобразование процесса получения информации в процесс ее сохранения. Одна из систем мозга, обеспечивающих подобное преобразование – гиппокамп.

Длительному хранению информации способствует внимание (сознательный компонент психики), которое контролируется ретикулярной формацией мозга.

Часть информации запоминается непроизвольно (подсознательный компонент). Запоминание осуществляется с участием медиальной височной доли и гиппокампа.

Накопление и хранение информации в памяти обеспечивается за счет электрических и химических процессов. В процессе запоминания усиливается синтез рибонуклеиновых кислот (РНК) и белков, в т.ч. эндогенных пептидов (морфиноподобных веществ).

Варианты психической деятельности человека

Психическое состояние человека – это общий функциональный уровень психической активности в зависимости от условий деятельности человека и его личностных особенностей. Все психические состояния подразделяются на четыре вида:

1) мотивационные (желание, стремление, интересы, влечения и страсти);

120

2)эмоциональные (настроение, эмоциональный тон ощущений, эмоциональный отклик на явление действительности, конфликтные эмоциональные состояния – стресс, аффект);

3)волевые состояния – инициативность, целеустремленность, решительность, настойчивость;

4)состояния разных уровней организованности сознания. Они проявляются в различных уровнях внимательности.

Стресс – продолжительное состояние тревоги, связанное с ожиданием событий, при котором организм вынужден затрачивать дополнительную энергию для поддержания своей «дееспособности».

Стресс нередко приводит к различным физиологическим нарушениям, таким как головные боли, нарушение сна и способствуют обострению хронических заболеваний

[ 1 ].

Аффект – это кратковременная и сильная положительная или отрицательная эмоция, возникающая в ответ на воздействие внешних или внутренних факторов и сопровождающаяся изменениями со стороны деятельности вегетативной нервной системы и внутренних органов.

Патологический аффект – кратковременное психическое расстройство, возникающее в ответ на интенсивную, внезапную психическую травму и выражающуюся концентрацией сознания на травмирующих переживаниях с последующим аффективным разрядом, за которым следует общая расслабленность, безразличие и часто глубокий сон; сопровождается частичной потерей памяти на прошедшие события.

Эмоции – это реакции организма на раздражители, исходящие из внутренней и внешней среды, направленные на усиление или ослабление состояний, вызванных этими раздражителями. Взаимодействуя между собой эмоции формируют довольно устойчивые комплексы (тревожность, депрессию, любовь, враждебность). Эмоции имеют четкие выражения в мимике. Изучение эмоций осуществлялось при электрической стимуляции и хирургическом удалении участков мозга у животных. Удаление у обезьян височных долей, совместно с гиппокампом и миндалиной, приводило к исчезновению чувства страха, агрессивности, снижению сексуальной активности. Таким образом, целостность височных структур мозга необходима для сохранения нормального эмоционального статуса, связанного с агрессивнооборонительным поведением.

Память – одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительное время хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма, неоднократно вводить эту информацию в область сознания и поведения. Обучение и память – это две стороны одного процесса. Пространственная организация памяти связана со многими структурами мозга. Прежде всего, это височные доли, гиппокамп и миндалевидное тело мозжечка, а также связанные с ними структуры мозжечка, коры больших полушарий, специфические и неспецифические таламические ядра.

Память человека и животных включает четыре характеристики – запоминание информации, ее сохранение, извлечение и воспроизведение. Благодаря свойствам памяти человек использует свои индивидуальный опыт в своей будущей деятельности.

У человека существует три различных типа памяти: непосредственный отпечаток сенсорной информации, кратковременная и долговременная память. В зависимости от рецепторов, воспринимающих раздражения, выделяют зрительную память, слуховую, осязательную, обонятельную, вкусовую и т.д.

121

Сознание человека – это способность отделения себя («Я») от других людей и окружающей среды.

Сознание базируется на коммуникации между людьми, развивается по мере приобретения жизненного опыта и связано с языком, с помощью которого человек выражает свой опыт (посредством речи, научных и художественных произведений).

Сознание развивалось в антропогенезе с образованием мышления и речи в процессе труда и общения членов первобытного коллектива.

Человек может «терять» сознание во время сна, обморока, шока, под влиянием наркоза и тяжелых психических заболеваний. В остальное время субъективное содержание его психики и сознания – явления тождественные.

Различают три формы сознания: индивидуальное, групповое и общественное.

На базе биологических и социальных потребностей человека создается подсознание (автоматизированные навыки и нормы поведения), самосознание (диалог с самим собой), сознание (знание, которое может быть передано другим) и сверхсознание (творческая интуиция).

Речь – способность знаково-символического отражения предметов и явлений окружающего мира, собственных состояний является уникальной способностью человека. Посредством слова осуществляются обобщения. Основной характеристикой речи человека является ее фразовая разборчивость. Отмечена асимметрия в функции коры больших полушарий. Левое полушарие необходимо для обнаружения и опознания звуков речи, правое полушарие – для опознавания интонаций, транспортных и бытовых шумов, музыкальных мелодий.

Восприятие, генерация звуков речи (т.е. речевая активность) обеспечивается левым полушарием, а улучшение выделения сигналов из шума – правым. Правое полушарие обеспечивает понимание устной речи и написанных слов. Деятельность речевой системы контролируется слуховым аппаратом, нервно-мышечным (правильность двигательного мышечного акта при произношении звуков) и зрительным.

Мышление – процесс познавательной деятельности человека, характеризующейся обобщенным и опосредованным отражением внешнего мира и внутренних переживаний. Первый этап в формирования мышления – построение сенсомоторных схем (до 2-х лет). Сенсомоторная схема – это выполнение организованной последовательности действии, составляющих определенную схему поведения (ходьба, еда, речь).

Развитием речи и появлением способности мысленно совершать действия формируется первая фаза человеческого мышления (2-7 лет). Основной особенностью этой фазы человеческого мышления становится способность ребенка предсказывать результат действия, не производя его фактически например, если бросить чашку со стола, то она разобьется; если поднести руку к огню, то можно обжечься – формируется способность к логическому рассуждению и его использованию.

Вторая фаза человеческого мышления – конкретные понятия в пределах реальных событий (7-10 лет). В этот период активируются корковые

ассоциативные связи в коре.

Третья фаза – способность к формальным операциям, к оценке гипотез (11-15

лет). Считают, что в этот период завершается формирование связей лобной коры с другими отделами мозга. Мысленное моделирование человеком различных событий составляет сущность его мышления. Мышление имеет два аспекта: распознавание (принятие решений) и устойчивое сохранение поиска (стратегия решения задач).