История Земли и жизни — окно в космос

На пороге космической эры, в эпоху бурного развития всех отраслей наук, история Земли и жизни приобретает особо важное значение. От изучения поверхности земного шара исследователи переходят к происхождению, эволюции и дальнейшей судьбе нашей планеты как типичной носительницы жизни, на которой материя достигла наивысшей формы своего существования.

С первого взгляда трудно уловить связь между дисциплиной, изучающей отпечатки прошлой жизни, и устремляющимися в космические пространства науками о небе и превращениях материи во Вселенной.

Однако едва лишь перед человеком встали вопросы о жизни на других мирах, о братьях по разуму, нам стало очевидным, что ключ к научному решению этой проблемы могут дать исторические науки о Земле и жизни.

Каковы жизненные формы не только на планетах отдаленных звезд, но и на соседях Земли по солнечной системе? Не окажутся ли эти виды жизни настолько непохожими на наши, земные, что, даже если они будут разумны, мы никогда не поймем друг друга?

Тысячелетия господства антропоцентризма еще слишком глубоко пронизывали подсознательную сторону научного мышления, чтобы человек мог осознать сущность бесконечности пространства и времени и понять, что, признавая невообразимую глубину материального космоса, нельзя не допустить существования бесчисленных центров жизни.

Небывалый подъем научных исследований в 50-х и 60-х годах нашего века существенно изменил прежние представления. Однолинейная логика рассуждений сторонников уникальности жизни и человека как ее высшей мыслящей формы рассыпалась под лавиной множества новых открытий.

Успехи астрофизики опровергли уникальность солнечной системы и показали, что планеты у звезд не так уж редки, а в бесконечности Вселенной их число может быть чрезвычайно велико. Выявились закономерности в составе планетных атмосфер и их изменение во времени.

По-видимому, атмосфера первичных планет состояла из толстой оболочки легких газов и походила на атмосферу, наблюдаемую на больших планетах солнечной системы — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Утечка водорода, метана и аммиака в космическое пространство под действием лучевого давления и солнечного нагрева в конце концов, как это было на Земле, позволила солнечной радиации проникнуть в воды океана и на поверхность планеты, создавая условия для фотосинтеза и затем для накопления свободного кислорода. В то же время первая метано-аммиачная атмосфера, насыщенная электричеством, при разрядах молнии могла продуцировать аминокислоты — эти первичные молекулы жизни. По другим взглядам, на заре существования земной атмосферы она имела значительное содержание цианистого водорода, также способствовавшего возникновению протоорганических соединений. Дальнейшая эволюция атмосферы шла под влиянием растительной жизни. Произошло накопление свободного кислорода.

Таким образом, данные геофизики и астрофизики позволили говорить о некоем едином первоначальном типе планетных атмосфер, ничем не мешающем возникновению жизни.

Уточненные данные о возрасте нашей планеты значительно увеличили прежние цифры. Есть основания считать, что возраст пород, слагающих древнейшие материковые щиты, порядка 5 - 6 миллиардов лет. После этого неудивительным было открытие в древних осадочных породах этих щитов, в частности южно-африканского, явственных остатков жизни, имеющих возраст около 2,5 миллиарда лет. Нет сомнения, что первичное появление начальных форм жизни совершилось еще раньше.

Чудовищная продолжительность первичных этапов развития жизни на Земле позволяет понять, как могло возникнуть то поразительное усложнение органических структур, которое необходимо для существования даже простейших организмов. Вместе с тем древность жизни свидетельствует о несокрушимой устойчивости процесса во времени и столь же неуклонной его направленности на усложнение и усовершенствование биологических механизмов.

Еще одно из важнейших открытий второй половины века — кибернетика вместе с теорией информации — сокрушило последние крепости антропоцентрического мышления.

Даже первые попытки создания саморегулирующихся и усовершенствующихся систем позволили представить историческое развитие наиболее сложных животных форм. Вычислительные машины приблизили нас к пониманию действия мозга и накопления в нем индивидуальной информации, а также впервые дали материалистическое объяснение инстинктам и рефлексам как информации, накопленной в течение исторического развития и закрепленной в наследственных механизмах.

Новейшие открытия точных наук и их применение в биологии подводят нас к представлению о жизни как неизбежной стадии развития материи везде, где для этого существуют подходящие условия и прежде всего достаточная длительность постоянства этих условий. Великое множество планет во Вселенной подразумевает возможность обилия населенных миров, а то, что мы узнали о механизмах регулировки и управления, заставляет думать, что появление мысли, разумных существ есть также неизбежное следствие длительного развития материи.

Теперь посмотрим, что скажет нам палеонтология с исторической геологией, т. е. фактическая документация пути исторического развития земной жизни на отрезке полумиллиарда лет от древнейших достоверных остатков до. наших дней.

Подобно истории человеческого общества, основывающейся на письменных документах, первые окаменелые остатки, могущие послужить для расшифровки строения древних организмов, принадлежат уже весьма сложным животным или растениям, вполне приспособленным к окружающей среде. Без всякого сомнения, это лишь вершина айсберга, выступающего над водой. "Вода" в этом случае — еще не менее 2 миллиардов лет предыстории, в течение которых образовались все главные группы животных, и растения, вероятно, уже начинали осваивать сушу.

Гигантские пробелы в геологической документации очень ограничивают наши возможности узнать первые этапы завоевания суши как растениями, так и животными. Тем не менее сумма палеонтологических данных дает нам общую картину постепенного усложнения и усовершенствования растительных и животных форм по мере хода геологического времени. Лестница этого восхождения непрерывна и последовательна, несмотря на вымирание одних групп, расцвет других или угнетенное, скрытое существование третьих.

Вместе с тем характер палеонтологической документации таков, что еще в недавнее время порождал представление о прерывистом, скачкообразном развитии жизни, о периодах расцвета, сменявшегося повсеместными катастрофами и массовыми вымираниями. Подобная картина возникала из-за непонимания особенностей хода эволюционного процесса. Приспособление к условиям существования путем естественного отбора мелких мутаций позволяло отдельным видам животных или растений (последних в несколько другом плане) процветать н обильно размножаться. В результате область или, точнее, та совокупность внешних условий обитания, которую биологи называют экологической нишей, заселялась все плотнее и плотнее, пока эта плотность не достигала критической точки. "Ниша" — меткое название, подразумевающее ограниченность места, вовсе не обязательно географическую, но гораздо чаще чисто биологическую. За пределами ниши не было ни пищи, ни других жизненно важных условий для вида, приспособленного именно к этой области. Неограниченное размножение в результате успешного приспособления вызывало голод или эпизоотию и массовую гибель процветающего вида. Подобную же массовую гибель вызывало и небольшое изменение режима внешней среды, к которому узкоприспособленные виды с большой численностью особей очень чувствительны.

Массовая смертность обусловливала образование больших скоплений остатков, заставляя нас воображать чудовищные катастрофы. Ввиду общей пространственной разорванности палеонтологической документации частные случаи казались распространенными чуть ли не по всему земному шару. На самом деле эти случаи нисколько не отражались на других видах, кроме связанных кормовой базой с гибнущими, и вовсе не означали серьезных потрясений нашей планеты.

Более того, неуклонное восхождение исторического развития от низших форм к высшим (считая высшими более сложные и более универсальные) вне всякого сомнения доказывает чрезвычайно длительную устойчивость среды обитания на поверхности нашей планеты, отражающую постоянство радиации Солнца и спокойное состояние вещества в недрах Земли. Особенно очевидно это для наземных организмов, незащищенных водой. Чтобы пройти путь от первичных рыбообразных позвоночных до высших млекопитающих, потребовалось около 400 млн. лет. За этот громадный промежуток времени наше светило ни разу не подвело наземную жизнь. Равным образом те триллионы километров, которые проделала наша Земля вместе со всей солнечней системой через пространства Галактики, не привели ни к каким губительным встречам. Хрупкие, чрезвычайно чувствительные в космических масштабах индикаторы — наземные животные и растения неоспоримо говорят об этом, подтверждая, что звезды типа нашего Солнца и системы, подобные солнечной, обладают стабильностью, исчисляющейся миллиардами лет, т. е. допускают развитие высших форм жизни.

Вторым, очень существенным фактом, наблюдаемым во всей великой истории жизни, является та направленность ее развития, о которой говорилось ранее. Эволюция не идет в любом случайном направлении. Всякое существенное усовершенствование организмов вызывает новую "вспышку" образования видов, во время которой прежние "экологические ниши" заселяются новыми видами, лучше организованными, чем прежние, уничтожаемые естественным отбором. Однако количество этих ниш на поверхности Земли ограничено. В результате проявляется конвергенция, т. е. принятие разными организмами похожей формы, образа жизни, питания и поведения.

Общеизвестны ихтиозавры — ископаемые морские пресмыкающиеся, чрезвычайно похожие на дельфинов, появившихся на полтораста миллионов лет позже. Но мало кто знает, что аналогичные змеям формы земноводных существовали уже в каменноугольных лесах около 300 млн. лет назад, а крокодилообразные имеют еще более почтенный возраст. С тех пор внешний облик крокодилов принимали неоднократно в разные геологические эпохи различные группы вымерших пресмыкающихся. Современные крокодилы — это довольно высокоорганизованные животные с почти четырехкамерным сердцем, сложной системой терморегуляции и глазами, которые приспособлены как к дневному, так и к ночному освещению.

Чем выше по лестнице исторического развития жизни поднимаемся мы, приближаясь к нашему времени, тем чаще и глубже конвергенция. Можно упомянуть об ископаемых млекопитающих Южной Америки, разобщенной со странами Евразии и Африки, похожих на млекопитающих так называемого Старого Света. Южноамериканские копытные, принадлежащие к совершенно особенным древним группам, дали похожие на животных Старого Света верблюдообразные, кабанообразные, лошадеобразные, даже хоботные формы. Лошадеподобные литоптерны по строению ног ("однопалостн") ушли дальше лошадей, но отстали в отношении совершенства зубной системы.

Самым поразительным животным Южной Америки, найденным в уже очень позднее геологическое время, является тилакосмилус, повторивший во всех чертах строения саблезуба смилодона, но принадлежащий к совершенно иному, низшему подклассу млекопитающих — сумчатым. Сумчатые Австралии тоже повторяют главные группы высших млекопитающих — плацентарных Старого Света — грызунов, волков, тигров, медведей.

Приспособления, отличающие целые классы и подклассы у более поздних животных, возникали как отдельные признаки очень давно и у самых отдаленных и несходных групп. Так, например, скорпионы имеют в основании своих конечностей особые камеры, где зародыши прикреплены к плацентоподобному образованию, отличающему самых высших млекопитающих — плацентарных. Это высокая степень охраны эмбрионов. Двуглазое (бинокулярное) зрение, отличающее человека, появляется даже у моллюсков (осьминогов), а затем и у целого ряда пресмыкающихся, птиц, не говоря уже о многих млекопитающих.

Постоянство температуры тела по всем данным появилось у пресмыкающихся около 200 млн. лет тому назад. Но в том или ином виде высокая энергетика теплокровного организма есть у некоторых рыб, типа меч-рыбы или парусника, т. е. возникает как частный случай у еще очень примитивных животных. Молоко как средство выкармливания детенышей известно у некоторых птиц и даже рыб, не говоря уже о самых древних яйцекладущих млекопитающих типа утконоса. Наконец, недавние исследования показали, что объем и сложные извилины мозга, превосходящие таковые у человека, есть у китообразных и появились примерно на 15 млн. лет раньше.

Здесь приводится лишь несколько наглядных примеров, общее число которых громадно. Остается сказать хотя бы об одной наиболее типичной конвергенции наземных растений — облик дерева с ветвями и органами фотосинтеза появляется уже с первых этапов развития крупных наземных форм. Каменноугольные сигиллярии уже очень похожи на современные деревья, хотя они гораздо ближе к плауновым мхам (современный ликоподий). Даже пневматофорьг или дыхательные выросты корней сигиллярий по существу ничем не отличаются от современных болотных кипарисов или авиценний, растущих в заливаемых морем прибрежных мангровых лесах, т. е. в такой же обстановке, в какой обитали 300 и более миллионов лет назад сигиллярии.

На протяжении сотен миллионов лет истории жизни и растения и животные наделяются не только внешне похожими чертами. Еще ближе сходство органов чувств, нервной и гормональной регулировки. В похожих условиях обитания вырабатываются и одинаковые черты поведения. Эти аналогичные конструктивные решения показывают, что эволюция, так сказать, ставит перед организмами одни и те же задачи, а следовательно, имеет направленность. По существу в этом нет ничего удивительного, ибо главные условия внешней среды, к которым приспособляются организмы, условия поверхности нашей планеты и общие закономерности жизни просуществовали, как мы говорили ранее, около миллиарда лет.

Энергетические уровни биологических машин-организмов жестко лимитированы. Для каждой ступени повышения энергетики живых существ требуются миллионы лет. Энергозапасы, скажем, в печени пресмыкающегося, примерно в 50 раз меньше, чем у высшего млекопитающего. Поэтому длительность бега по суше у крокодила просто несоизмерима с многочасовым бегом волка, льва, копытного. Высокая энергетика, естественно, имеет оборотную сторону: резко повышается потребность в пище, укорачивается продолжительность жизни. Все это как бы огораживает жизнь неодолимыми стенами необходимости, направляющим коридором естественного отбора. Из него только один выход — дальнейшее усовершенствование организма в сторону большей независимости от внешней среды. Частная приспособляемость, как подтверждает история жизни на Земле, это лишь только временный успех, за которым идет расплата — массовая гибель, позднее — вымирание при перенаселении экологической ниши, исчерпание ее узкой кормовой базы (или изменение условий обитания). В полном соответствии с описанным ходом исторического развития мы наблюдаем в геологической летописи остатки двоякого рода животных групп. Одни, составляющие главную массу окаменелостей в том или другом слое, принадлежат к узкоприспособленным, но численно очень распространенным видам. Другие, гораздо более редкие, отличаются внешне как бы примитивным обликом, скрывающим высоту организации.

Этот, давно известный характер палеонтологической документации, заставил исследователей предположить, что существуют два пути исторического развития жизни (эволюционного прогресса); адаптация, приспособление к местным и временным, частным условиям жизни и общее усовершенствование организма: его усложнение, универсализация действия, повышение энергетики и защищенности от влияния внешней среда. Это две дороги эволюции: одна — адаптивная радиация — постоянно заводит группы животных в тупики, кончающиеся вымиранием, а другая ведет к непрерывному восхождению, к наибольшему совершенству организма.

Нетрудно видеть, что на самом деле оба "пути" — лишь две стороны одного и того же диалектического процесса, в котором великая необходимость усовершенствования организма проявляется через сумму случайных адаптаций. Слепая сила естественного отбора становится "зрячей" в том смысле, что получает направленность, непрерывно действующую в течение всей огромной длительности органической эволюции на Земле.

Необходимость исторического развития заключается в приобретении наибольшей независимости от внешней среды — того самого гомеостазиса, без которого не может быть накопления и хранения информации, абсолютно необходимой для выживания. Чем "прочнее" и длительнее гомеостазис, тем больше информации накапливается в индивиде, тем более он универсален, пригоден для жизни в разных условиях, тем менее зависит от узких экологических ниш. Совершенно очевидно, что, кроме общей защищенности организма от потери влаги, изменений температуры и давления, солнечной радиации и т. п., помимо способности преодолевать чисто механические препятствия, универсальная форма животного должна еще обладать умением разыскивать и распознавать пищу в ее разных видах и условиях среды, а для этого запоминать множество данных.

Универсальность (эврибионтность) неминуемо требует развития куда более многосторонних качеств, чем для частного приспособления и прежде всего достаточной мускульной силы, запасов энергии внутри организма, мощных органов чувств и механизмов управления, т. е. нервно-гормональной системы. Отсюда неизбежно возникновение большого мозга, который в свою очередь требует повышенной энергетики, поскольку его деятельность немыслима без усиленного питания.

Сказанное не представляет собой чего-либо нового, но в применении к историческому развитию жизни делает понятным и обязательное появление интеллекта у высших форм, и ту упорную борьбу за независимость от среды обитания, какую вели неисчислимые поколения растений и животных, прошедшие за миллиарды лет по нашей планете.

И еще одно — никакой скороспелой разумной жизни в низших формах, вроде плесени, грибов, растений, крабов, тем более мыслящего океана быть не может. Это, впрочем, знали еще 2 тыс. лет назад. "Нет разума для несобранного, - восклицает индийский поэт-философ, - и нет для несобранного творческой мысли..."

Чтобы осмысливать мир, надо уметь видеть и запоминать все его неисчерпаемое разнообразие и, мало того, еще пользоваться его законами для борьбы за жизнь.

Если окинуть взглядом все многообразие растительного и животного мира нашей планеты, как вымершего так и ныне живущего, то придется признать, что на поверхности одной единственной планеты, в одних и тех же условиях внешней среды развились многочисленные формы, заполнившие все пригодные для жизни области обитания. Не утомляя читателя перечислением, упомяну лишь о наглядных отклонениях: таящихся в глубинах океана погонофорах — особенных животных, приспособившихся переваривать пищу между щупальцами; о животных и растениях высших степеней симметрии — шаровидных многолучевых, пятилучевых; морских лилиях, повторяющих форму растений, но снабженных покровными известковыми пластинками и щупальцами, иными словами, животных, настолько отличных от основной массы обитателей Земли, как будто они появились с другой планеты.

Внешняя форма животных, живущих колониями, - кораллов, мшанок, сифонофор для нас столь же странна, как и чудовищно-механическая организация членистоногих. Чем совершеннее становятся методы исследования, тем больше мы узнаем о сложности приспособления и соотношения животных и растений с окружающей средой. Звуколокации летучих мышей и дельфинов; электролокации рыб; ориентировки: гравитационные у мечехвостов, кориолисовой силой у птиц или поляризованным светом у насекомых — все это лишь случайно взятые примеры.

В общем история органического мира Земли показывает очень примечательную особенность — чрезвычайное разнообразие низших форм, превосходящее наши фантазии о возможных формах жизни на других планетах и резко контрастирующее с ним подобие высших форм животных с повторением однотипных конвергенций. Если сравнить лестницу эволюции жизни с ленинской спиралью развития, какой по существу она и является, то спираль будет широкой в основании и очень узкой в вершине. Размахи витков ее по мере хода времени становятся все меньше и спираль скручивается теснее.

Можно допустить, что общие законы, действовавшие и действующие в процессе исторического развития жизни на Земле, те же самые, как и на планетах отдаленных звезд. Если принять с очень большой долей вероятности, что белково-кислородно-водяная жизнь наиболее распространена во Вселенной, то мы должны изучать нашу планету как гигантскую лабораторию эволюции жизни на пути ее самоусовершенствования. Фактические наблюдения в этой лаборатории, т. е. изучение палеонтологических документов и их сопоставление с биологией ныне живущих форм, позволят нам понять и даже предсказать ход развития жизни в иных мирах.

Ныне начинается новый этап палеонтологии. Благодаря успехам физических наук и кибернетики обратная связь организмов со средой и формирующая роль условий обитания уже не является для нас загадкой и направленный характер эволюции более не требует признания каких-то особых сил. Более того, с полным основанием мы можем рассматривать палеонтологию как ключ будущего, помогающий открывать причинные связи в строении живых существ, а следовательно, и проблемы сохранения диалектического равновесия в биологии организмов и вообще всей живой природы.