Читать книгу: «Земля и её пассажиры», страница 3

– наличие необходимых элементов в поверхностном слое – коре планеты,

– не следы, а обильное содержание воды;

– присутствие радиоактивных элементов, обеспечивающих образование суши, тренинг десанта органической жизни на материке, движущую силу геологических процессов влияющих на концентрацию кислорода в атмосфере и т. д.

Общая тенденция глобальных изменений важнейших для сохранения жизни на Земле условий выражается в снижении радиогенного тела и связанным с этим затухании геологических процессов и вулканической деятельности; в уменьшении массы природно-возобновляемого диоксида углерода в атмосфере из за неравновесности фотосинтеза, связывания в карбонатах и т.д., в увеличении концентрации кислорода в атмосфере. Климатические изменения, связанные с Солнцем, будут обсуждены далее.

Следует отметить, что изменение концентрации кислорода в атмосфере происходило неравномерно, что было связанно с условиями развития растительности (тепло, влажность, содержание диоксида углерода).

Считается доказанным, что ещё 250 млн. лет назад практически все известные нам континенты были объединены в единый гигантский материк Пангею. Реально существование на определённом этапе Северного материка Лавразии и южного – Гондваны. Примерно 200 млн. лет назад начался их раскол и постепенное расхождение. Удаленные от береговой линий участка суши характеризовались континентальным климатом со склонностью к образованию ледников в периоды похолодания, связанным с долговременными (~300 млн. лет) циклами солнечной активности.

Оледенение, начавшейся с конца каменноугольного периода (достигло своего апогея около 280 млн. лет назад), было пожалуй самым крупномасштабным в истории Земли. Толщина ледников достигала 6 км, что привело к резкому сокращению площади водного пространства и дополнительному усилению континентальности. При этом на Земле установилось выраженная климатическая зональность. Теплолюбивые растения и животные уступали место холодоустойчивым.

В этих условиях общая продуктивность фотосинтеза существенно снизилась, что привело к снижению концентрации кислорода в атмосфере 200 млн. лет назад до одной трети от современного уровня.

В связи с климатическими изменениями и уменьшением площади морей, земноводные вытесняются в тропические регионы а пресмыкающиеся (рептилии), менее привязанные к воде при размножении, осваивают пустыни, полупустыни и степи.

В период от примерно 220 млн. до 175 млн. лет назад в недрах Земли накапливаются силы для образования глубинных разломов континентальных плит и ослабления связи между отдельными блоками платформ. Это приводит к расхождению материков, чему способствовало мощное давление ледников. Дрейф материков сопровождается образованием между ними водных бассейнов – будущих океанов.

По трещинам на поверхность Земли изливаются базальтовые лавы, причем их отложения достигают мощности до 8 км. Все это сопровождается интенсивной вулканической деятельностью.

Уменьшение площади суши приводит к глобальному смягчению климата. Около 190 млн. лет назад температура воды в Арктике, составляла около 15°С, а в районе современной Англии ~примерно 25°С.Это способствовало развитию жизни как в воде, так и на суше. Широкое распространение получили голосемянные растения, которые через 50 млн. лет вытесняются покрытосемянными, повсюду распространяются хвойные породы. Происходит накопление торфяных залежей, концентрация кислорода устанавливается на современном уровне.

Пресмыкающимся осваивают три стихии: динозавры– сушу, ихтиозавры – море и океаны, птерозавры – воздух; появляется многочисленные насекомые, птицы.

Достаточно обоснованно можно предполагать, что млекопитающие, первые из которых появились около 220 млн. лет назад в виде грызунов, произошли от некоторой ветви пресмыкающихся. Эти достаточно мелкие млекопитающие в течение ~150 млн. лет находились как бы в тени гигантов. Но это время было затрачено не зря. Непреложным фактом эволюции является закономерность, когда создание прогрессивной организации требует больше времени. Серьезным эволюционным достижением, обеспечившим преимущества млекопитающим в будущем, была выработка защитных механизмов для выживания в резко меняющихся условиях обитания. К этому прежде всего следует отнести живорождение после внутриутробного развития плода в плаценте, вскармливание детёнышей материнским молоком, приобретение волосяного покрова и стабильной температуры тела, дифференциация зубов на резцы, клыки и коренные, преобразование нижней челюсти в однокостную структуру, образование стремечка и наковальни в слуховом органе.

Выживанию способствовал также преимущественно ночной образ жизни первых млекопитающих и отсутствие деликатесных качеств, снижающих плотоядный интерес к ним со стороны хищников. Их судьба весьма показательна.

Юрский и меловой период (195÷67) млн. лет назад был для динозавров временем расцвета.

Науке известны несколько сот их видов массой до 80 тонн, длиной до 30 м, высотой около 15 м. В соответствии с законом построения пищевой пирамиды, продуцент – первое растительное звено цепи питания примерно на 10% усваивается по уровню свободной энергии «вегетарианцами», которые могут обеспечивать «энергией только 10% по массе хищников. Многочисленные вторичные хищники, микробы, бактерии, насекомые и микроорганизмы перерабатывают и разлагают недоеденное, включая и заканчивающих жизнь «гурманов», возвращают их на стадию фотосинтеза. Так осуществляется жизненный цикл в природе, условием сохранения которого является наличие солнечной энергии, диоксида углерода, воды и необходимых элементов в почве.

Экосистема периода владычества динозавров была достаточна благоприятна для растительного и животного мира. Обильная, сочная зелень только примерно 100 млн. лет назад вытесняется жестколиственными породами, на 90% представленная покрытосемянными. Это было реакцией на развивающуюся сезонность климата, что определяет листопадность растений.

В этих условиях динозавры должны были мигрировать в более теплые регионы, которые не всегда были обеспечены влагой. Не исключено, что гибель динозавров в течение 1÷2 млн. лет была связана с похолоданием, которое отмечается по результатам палеонтологических исследований примерно 70÷60 млн. лет назад, т.е. в начале мезозойской эры. Климат был еще достаточно теплым: температура воды в северном ледовитом океане достигла 14оС, на широте современной Великобритании – ~22оС, а в экваториальной области – около 35оС.Умеренный климат был в районах Гренландии, Аляски, Чукотки с преобладанием дубовых и каштановых.

Но такой климат устраивал не всех, поскольку суточные колебания температуры были весьма значительными в том числе и в субтропиках. Потому значительно раньше, уже более 100 млн. лет назад некоторые динозавры возвращаются в воду.

Экосистема, в которой благоденствовали динозавры, была стабильной в течение около 150 млн. лет. Но в конце мезозойской эры раскол Пангеи и формирование материков с резко возрастающей береговой линией приводят к насыщению гидросферы новыми солями и микроэлементами посредством процессов эрозии и растворения. Попадая в организм животных, обитающих в больших водоемах и около них, новые вещества могли нарушить установившийся в течение миллионов лет баланс микроэлементов и даже привести к отравлению. Так, покрытосемянные растения часто содержат таннины (горькие и дубильные вещества), а также алкалоиды (стрихнин и морфин), являющиеся ядами.

Описанные серьезные нарушения в пищевой цепочке сами по себе уже фатальны для судьбы динозавров, включая растительноядных и хищников. Если учитывать их приспособленность к похолоданию, следует отметить, что принципиальных механизмов противостояния более суровым климатическим условиям динозавры не были выработаны. Основная причина: – такие условия отсутствовали в широком масштабе. Поэтому не были приобретены терморегуляция и волосяной покров, размножение в подавляющем большинстве производилось откладыванием яиц в горячий песок. Но некоторые пресмыкающиеся: крокодилы, ящерицы обитают на Земле до сих пор, максимальную угрозу их существования представляет повышенный интерес людей к мясу и коже реликтов.

Эволюционная эстафета от динозавров были подхвачена млекопитающими, которые продемонстрировали жизнеспособность во всех климатических зонах и сферах обитания: от тропиков до Арктики, на суше, в воде, в земле, на деревьях и даже в воздухе. При высокой степени общности генетического кода масса особей млекопитающих различается в 10 миллионов раз (от землеройки до кита). В экосистеме они занимают ниши грызунов, насекомоядных, вегетарианцев, хищников и всеядных. К последним относится человек, занимающий срединное положение среди млекопитающих по массе на логарифмической шкале.

И вот 60 млн. лет назад на одну из многочисленных эволюционных тропинок вступили не самые изящные представители млекопитающих. Они не отличались выдающимся физическим данными, их ориентация на место в жизни была крайне неопределенная. Им приходилось искать укромные места для спасения от свирепых хищников, и в конце концов они смирились с древесным образом жизни. В это время была выработана ловкость, усовершенствовалось рука в способности к захвату ветвей, предметов и т. д, развивалась смекалка, начали проявляться коллективные действия.

Овладение речью и логическим мышлением, открытие мира искусства проложили дорогу к прогрессу. Приручение и одомашнивание животных, культивирование растений ослабили зависимость человека от окружающей среды, которая раньше представляла для него постоянную угрозу. Постоянной и возрастающей проблемой «царя» природы является уникальный среди животного мира неукротимый комплекс агрессивности к себе подобным. На современном уровне развития это чревато самоуничтожением.

2.2 Особенности эволюции органической жизни.

Органическая жизнь возникла и развилась на крайне тесном температурном островке от 0оС до ~ 38оС (273 ÷ 311) К. В технологиях пытаются достичь температур от абсолютного нуля (криогеника) до 400 миллионов градусов (в термоядерных исследованиях). В недрах массивных звезд температура составляет около 100 миллионов градусов. Температурные ограничения для существования жизни связаны и с превращением воды в лед, и с сохранением структуры и функций белков.

За время эволюции климата на Земле, исключая последние ~300 млн. лет, температурные условия в субтропических областях были, по-видимому, неприемлемыми для зарождения жизни в ее изначальных клеточных формах. Вполне реалистичным представляется ее возникновение в приполярных широтах при наличии береговой линии, мелководных бассейнов и т.д. с последующим распространением жизни к экватору. Следует отметить, что контуры суши во время появления клеток, да и в период заселения ее земноводными разительно отличались от современных.

Механизм объединения молекул в ходе процессов самоорганизации пока еще неживой материи качественно аналогичен гравитационному сгущению при образовании космических объектов.

Роль сил притяжения играют близкодействующие молекулярные силы ионных и водородных связей. В обоих случаях объединение сопровождаются выделением энергии – залогом стабильности молекулы.

Одним из первых шагов на пути «оживления» молекулярных комплексов явилось проявление некоторой избирательности в отношении типа присоединяемой молекулы. Переключение внутриструктурных связей на первых порах обеспечивается солнечной энергией. Когда то же самое происходит в присутствие некоторых молекул, включая реакции распада и синтеза, причем достаточно быстро, можно говорить об энергетическом обеспечении структурных превращений.

Данные молекулы, ускоряющие реакции на много порядков в пригодном для жизни температурном интервале, являются своеобразными биологическими катализаторами. Они составляют группу ферментов, впоследствии синтезируемых клетками на базе белков. Без них поддержание жизни было бы невозможно, поскольку прохождение необходимых метаболических реакций длилось бы годами. Ферменты явились ключом, вскрывшем энергетическую преграду для возникновения жизни.

Первые проявления предпосылок зарождения жизни могут сохраняться и развиваться только при определенной стабильности по отношению к внешним нежелательным воздействиям. Она по большей части обеспечивается водой, являющейся термостатом и питательным бульоном. Возведение оболочки (стенки) из отходов метаболизма и подручных материалов (диоксид углерода, аммиак и т.д.) обеспечивает некоторую защиту. Со временем, когда стенка проявляет избирательность по прохождении снаружи многообразия молекул, она начинает играть важную регулирующую роль в обменных процессах структурного образования, которую уже можно классифицировать как клетку. Именно организация обмена с окружающей средой, выражающегося в притоке питания и строительного материала путем диффузии, а так же в выводе отходов и энергии, позволяют рассматривать клетку как структурную и функциональную единицу жизни.

Все жизненные процессы происходят в жидком содержимом клетки – цитоплазме, содержащем непременные органеллы (ядро, митохондрии, аппарат Гольджи, рибосомы и т. д.), между которыми установлено четкое разделение труда.

Поражает воображение высочайшая степени идентичности клеток, их внутренних подсистем при широкомасштабном тиражировании в различных условиях. Тождественность клеток, не столь детализированная как у элементарных частиц: электрона, протона, нейтрона, обеспечивается в акте деления. Этому предшествует рост клетки с дублированием органелл, репликация ДНК и деление ядра. Увеличение объёма и пропорциональное ему выделение тепла является более значительными, чем рост поверхности клетки, что определяет термодинамическую природу ее деления, предотвращающего перегрев.

Образование двух практически тождественных дочерних клеток в результате бинарного деления при высоким содержании необходимых веществ в воде и атмосфере способствует быстрому размножению.

Такая же идентичность, как и у клеток их образующих, характерна для организмов в пределах одного вида. Однако в некоторых случаях обнаруживается сходство у животных и организмов, не относящихся к родственным. Так, практически одинаковая форма тела наблюдается у дельфина (млекопитающее), ихтиозавра (пресмыкающееся) и акулы (рыба). По-видимому, потенциальная возможность такой конвергенции обеспечивается ресурсом приспособления животных к одинаковым условиям существования, заложенном в структуре ДНК клетки.

Отработка структуры и накопление функционального потенциала клетки в целом завершилось около 2 млрд. лет назад, когда появились предпосылки зарождения уже многоклеточных организмов. На качественно новом витке развития при огромном увеличении масштаба клеточные органеллы превращаются в органы. Большим разнообразием отличаются способы добычи питания, органы пищеварения и выведения из организмов конечных продуктов обмена веществ, системы дыхания, способы движения и размножения. Существенная новизна в эволюции живого связана с зарождением способности адекватно реагировать на изменение внешней и даже внутренней среды, непосредственно связанной с функцией гомеостаза – главного условия выживания. Ценнейшим подарком эволюции является приобретение зрения, дающего способность оценивать окружающую ситуацию на расстоянии.

Отметим, что живые организмы, в отличие от неживых объектов, растут изнутри. Рост, развитие и размножение – особенности живого, обеспечивающие непрерывность и долговременность существования вида при ограниченной продолжительности жизни отдельной особи. Передача генетического материала потомству сохраняет индивидуальные признаки родителей в популяции данного вида.

Совокупность стадий развития данного вида от оплодотворенной клетки одного поколения до аналогичного состояния в следующем поколении представляет собой жизненный цикл. Во время роста зародыша, например, позвоночного он последовательно приобретает признаки рыбы, земноводного, пресмыкающегося, птицы или млекопитающего, причем конкретная видовая принадлежность устанавливается на ранних стадиях дифференцировки. При этом по закодированной команде образуется множество разных типов тканей для построения органов и их систем.

На ранних стадиях развития зародышей невозможно определить группу, к которой они принадлежат, что может быть объяснено наличием общего предка. Глубокая детализация памяти об этапах развития видов заложенная на клеточном уровне, позволяет классифицировать клетку как нетленную летопись эволюции и ее бесценное достояние.

Сохранность этой молекулы жизни обеспечивается уже не ее индивидуальными усилиями, а всей мощью флоры и фауны, находящихся в неразрывном симбиозе. Вполне обоснованные опасения возникли, когда природа вынянчила в своей колыбели весьма строптивое дитя – человека.

Энергетика человека обнаруживает ряд качественных различий с животными. На 1 кг массы человек потребляет в течение жизни в среднем в 5 раз больше, чем лошадь, корова, собака. На возобновление массы у человека используется примерно 5% калорий потребляемой пищи, а у животных ~34%; остальное затрачивается на работу и теплообразование. Пятикратное превышение общего обмена объясняется соотношением продолжительности жизни человека и животных, а так же более экономным расходованием энергии у животных. В частности, удельный расход энергии на перемещение у человека примерно в 2 раза выше, чем животного эквивалентной массы, что является своеобразным налогом на прямохождение.

Повышенное энергопотребление человека связанно так же с обеспечением умственной и психической деятельности, которое может быть эквивалентно общему обмену.

Постоянный расход энергии обеспечивает поддерживание наработанных алгоритмов физической и интеллектуальной активности.