12.2 Происхождение и развитие жизни на Земле

Существуют три основные гипотезы происхождения жизни на Земле. Это божественное творение, инопланетное космическое происхождение (панспермия) и естественно-научное происхождение. Самая простая для усвоения – божественное творение, креоцинизм. Но она противоречит очевидным и давно изученным фактам палеонтологии и эволюционной биологии. В каждом слое Земли только определенные останки живых существ, со следами эволюции и приспособления к окружающей среде. Нет фактов божественного сотворения жизни и нет смысла обсуждать эту гипотезу далее.

Панспермия не противоречит науке, и ее поддерживали известные ученые. Но она также не имеет в основе множество фактов и теории эволюции и вообще основополагающей теории с предсказанием и объяснением множества фактов, как принято для современной отрасли науки. Гипотеза о вечном существовании жизни противоречит современной теории образования Вселенной. Даже спустя миллиард лет после взрыва Вселенной не могло существовать множество сложных органических молекул, тем более живой клетки. Тогда только появлялись атомы водорода, а из них первые звезды выпекающие все тяжелые элементы, углерод, азот, кислород и другие, необходимые для жизни. Возможно, на каком то этапе развития жизни внеземная жизнь контактировала с земной, но достоверных свидетельств этого мы пока не обнаружили. Поэтому не следует переключатся на экзотические гипотезы и теории и порождать новые сущности, пока не завершено исследование естественнонаучной теории происхождения жизни. Она имеет множество объяснимых и трудно объяснимых фактов, записанных в Историю Земли в виде палеонтологических останков живых существ за три миллиарда лет. Эта гипотеза высказывалась еще древнегреческими мыслителями и получила мощное развитие трудами многих поколений биологов, генетиков, палеонтологов, физиков, химиков и других наук. Большой вклад в исследование этой проблемы внесли К. Линней, Ж. Ламарк, Л.Пастер, Ч. Дарвин, В.И. Вернадский, А.И Опарин, Н.И. Вавилов и многие другие известные ученые.

Сложные органические молекулы и аминокислоты появились еще в катархее, в теплых водах зарождающегося океана, богатых множеством химических элементов. Около 3,1-3,4 млрд. лет назад появились первые одноклеточные водоросли, синтезирующие под действием солнечного излучения кислород из воды и углекислого газа. По теории А.И. Опарина сначала из сложных молекул появились пробиоты, способные воспроизводить себе подобных. Затем образовались мембраны и первые безъядерные клетки – прокариоты, в виде каменистых мхов в воде. Затем в результате эволюции появились первые клетки с ядром эвакариоты, и началась эпоха одноклеточных существ. Опыты Миллера и Юри в 1953 году, с имитацией архейских условий на Земле показали возможность образования биологических мономеров: мочевины, молочной кислоты, нескольких аминокислот. Это подтверждает гипотезы А.И. Опарина о начальных этапах развития жизни.

Только определенное взаиморасположение в пространстве позволяет таким важнейшим биополимерам, как белки и нуклеиновые кислоты, взаимодействовать и образовывать системы, приводящие к появлению первых живых организмов. Для этого необходимо формирование биологических мембран, которые не только сохраняют случайно возникшие комплексы белков и нуклеиновых кислот, но и обеспечивают образовавшиеся системы с обратной связью, веществами и энергией из окружающей среды. Поверхности водоемов, рассматриваемые как колыбели жизни, были покрыты липидными пленками. При порывах ветра, поверхностная пленка изгибалась, от неё могли отрываться пузырьки. Среди многочисленных пузырьков были те, которые содержали белково-нуклеиновые системы с обратной связью. Такие пузырьки поднимались ветром в воздух, а когда падали на поверхность водоема, то покрывались вторым липидно-белковым слоем. Такая четырехслойная оболочка (два слоя белков по краям и два слоя липидов внутри) напоминает сегодняшнюю биологическую мембрану.

Различные полимеры, плававшие в «первичном бульоне» и находившиеся вне пузырька, могли оказаться внутри его складок, где создавались условия для новых, ранее не существовавших взаимодействий. Эволюционно закреплялись лишь такие системы, которые были способны к само регуляции и самовоспроизведению. Это и были первые живые организмы – пробиоты. У пробиотов уже существовали главные атрибуты любого живого организма: ДНК и система ее репликации, транскрипция, трансляция, мембранные структуры, ферментативные системы расщепления и синтеза органических веществ, запасания и переноса энергии. Деление пробионтов могло осуществляться примерно так же, как это происходит у современных бактерий, путем деления надвое. Пробиоты сформировали два типа клеток, без ядерные –прокариоты и клетки с ядрами – эукариоты. Далее эволюция пошла по линии эукариот.

Они в течение длительного периода были представлены только одноклеточными формами. За это время возникли и развивались многие фундаментальные свойства организмов. Это формирование митоза – одного из важных ароморфозов, усложнение ядра, появление хромосом, регулярного равного деления ядерных структур и цитоплазмы. Благодаря симбиозу клетки эукариот обогатились митохондриями и хлоропластами. Выделилась группа простейших эукариот, из которых позднее сформировались растения, появились предковые формы животных, грибов. Симбиотический процесс следует рассматривать как крупный ароморфоз в развитии жизни на Земле. Усложнение эукариотических клеток привело к возникновению полового процесса. В популяциях одноклеточных эукариот стали появляться клетки с полярными свойствами, способными к взаимному объединению – копуляции. В результате был проделан решающий шаг к возникновению диплоидности. По мере того как половой процесс становился регулярным, росла необходимость в делении клеток, входе которого гомологичные хромосомы расходятся и их число уменьшается вдвое. Именно эта важная функция первоначально легла на зарождающийся мейоз. Длительная эволюция в конечном счете привела к созданию двухступенчатого мейоза современного типа.

Весь комплекс событий, начиная с формирования пола и кончая появлением мейоза, имел исключительное значение для последующего хода эволюции. В результате возникла диплоидность, появилась доминантность и рецессивность, сформировалась комбинативная изменчивость, слагающаяся из рекомбинации в профазе, случайного расхождения хромосом в метафазе, мейоза и случайного соединения гамет при оплодотворении. В популяциях одноклеточных эукариот благодаря становлению упомянутых процессов темп эволюции резко возрос. Таким образом, возникновение пола, мейоза и сопряженных явлений явилось крупнейшим достижением в эволюции жизни.

С момента возникновения жизни на Земле прошло около двух млрд. лет. С тех пор активно действуют два фактора эволюционного процесса – естественный отбор и наследственная изменчивость. Скорость эволюционного процесса постепенно возрастала и сами факторы эволюции преобразовывались и пополнялись новыми. Непрерывно шел процесс дивергенции, росло разнообразие форм жизни. За два млрд. лет от Архея до Венда одноклеточные водоросли выделили в атмосферу около 1% кислорода от современного уровня, что соответствует переходной точке Л. Пастера. В Венде уже существовало более 20 типов кишечнополостных существ. Дальнейшее накопление кислорода от точки Л. Пастера, дает возможность появлению дышащих кислородом одноклеточных и многоклеточных существ. Кислородное дыхание в 20-30 раз эффективнее, чем синтез кислорода из воды и углекислого газа. Таким образом, около млрд. лет назад появились дышащие кислородом существа, которые в 20-30 раз ускорили эволюцию жизни. Накопление более 2% количества кислорода от современного, обеспечило появление защитного озонового слоя в атмосфере Земли. Благодаря этому жизнь вышла на сушу около 400 млн. лет назад. Живые клетки уже не убивало коротковолновое солнечное излучение, поглощаемое озоновым слоем и началось бурное развитие земноводной жизни. Растительность быстро освоила сушу и буквально за несколько десятков миллионов лет довела содержание кислорода в атмосфере до современного, 21%. И начинается взрыв жизни!