Возникновение и развитие жизни на Земле - Георгий Войткевич

В способах питания и перемещения заключается основное различие между растениями и животными, которое оформилось еще в докембрийское время, когда биосфера была населена одноклеточными организмами. Численность видов животных примерно в 4 раза превышает таковую растительных организмов, т.е. животный мир нашей планеты более разнообразен, чем мир растений.

По числу видов первое место среди животных занимают насекомые. Этот наиболее многочисленный класс беспозвоночных насчитывает свыше 1 млн видов. Общее соотношение численности различных видов животных дано на рис. 4. Очевидно, что число видов насекомых резко превышает число видов любого класса живых организмов. Но, по заключению энтомологов, помимо учтенных видов насекомых, в пределах биосферы существует еще столько же неучтенных. Поскольку насекомые способны к быстрому размножению, очевидно, что они представляют собой мощный биологический и геохимический фактор. Ориентировочные расчеты показывают, что на нашей планете обитает минимум 108 млрд насекомых, т.е. на каждого человека на Земле приходится около 250 млн представителей этого класса.

Следующим по числу видов идут моллюски, но их значительно меньше, чем насекомых. Позвоночные животные по числу видов занимают третье место, а среди них наиболее развитый класс — млекопитающие составляют одну десятую часть. Примерно половина позвоночных приходится на долю рыб. Таким образом, если у членистоногих наиболее интенсивное образование видов происходило на суше, преимущественно среди насекомых, то у позвоночных наиболее благоприятные возможности для этого реализовывались в водной среде.

Рис. 3. Генетические взаимоотношения различных царств живых организмов. Одноклеточные прокариоты привели к образованию более сложных одноклеточных эукариот, от которых произошли все три царства многоклеточных: растения, грибы и животные

Рис. 4. Соотношение численности видов животных

1 — хордовые; 2 — моллюски; 3 — членистоногие (а — насекомые, б — паукообразные, в — ракообразные); 4 — черви; 5 — одноклеточные; 6 — прочие

Среди растений более половины видов составляют покрытосеменные, которые возникли в недавнем геологическом прошлом в основном на поверхности суши. Их развитие теснейшим образом было связано с развитием насекомых, игравших роль опылителей. Среди млекопитающих наибольшее число видов приходится на долю грызунов. Они также были связаны в своем развитии с покрытосеменными растениями.

Органический мир суши в видовом отношении более разнообразен, чем органический мир водной среды. Если число видов сухопутных животных составляет 93%, то водных только 7%. Среди растений наблюдается аналогичное соотношение: 92% приходится на сухопутные формы и 8% на водные. Совершенно очевидно, что выход организмов на сушу открыл широкие возможности для их прогрессивной и ускоренной эволюции. Правда, этот процесс носил избирательный характер. Если не учитывать предков позвоночных животных, то можно полагать, что на суше обитало всего лишь шесть классов животных из трех типов. В то же время 60 классов, относящихся к остальным типам, продолжали существовать в море. Однако при такой ситуации число видов наземных организмов было значительно больше, чем морских.

В пределах всей биосферы Земли и ее составных частей нет существа, которое жило бы в полном одиночестве. Изменение в окружающей среде может резко нарушить равновесие между ею и экологической системой и определяет порой коренные перемены в этой системе.

Живые организмы характеризуются большим разнообразием в пределах суши и моря. Живое население моря распределяется на разных глубинах. Часть прибрежной зоны океана от берега до глубин 200 м называется шельфом. В зависимости от степени помутнения и наличия взвешенных частиц солнечный свет способен проникать на глубины от 80 до 200 м. Естественно, что в этой зоне могут существовать фотосинтезирующие растения, преимущественно водоросли, вырабатывающие большое количество питательных веществ, которыми питаются морские животные. Далее, к срединным областям океана, располагается континентальный склон и абиссальная зона, куда солнечный свет не доходит и где количество организмов резко уменьшается. В зависимости от места обитания и способов передвижения живое население моря распределяется на планктон, нектон и бентос.

Свободноплавающие, взвешенные в воде мелкие организмы составляют планктон, который разделяется на фитопланктон, состоящий из растений, и зоопланктон — из мелких морских животных. Активно передвигающиеся в воде животные образуют нектон. Самые крупные животные нектона — это киты, дельфины, акулы. К нектону относятся и костистые рыбы, питающиеся обильным планктоном. Живые организмы, населяющие морское дно преимущественно в области сублиторальной зоны, составляют бентос, который разделяется на прикрепленный (водоросли, губки, кораллы) и подвижный (моллюски, ракообразные, иглокожие и др.). В абиссальной зоне темных глубин океана встречаются некоторые бактерии и несколько видов плесневых грибов. Животные этой зоны питаются за счет остатков организмов планктона, опускающихся из освещенной зоны. По современным данным, нет таких глубин, где не могла бы существовать жизнь. Даже в самой глубокой впадине — Марианской (глубина 11 022 м) — удалось обнаружить и сфотографировать ракообразных и других животных. Распределение населения в море представлено на рис. 5.

На поверхности континентов различные экологические системы не всегда четко разграничиваются, и часто одна из них накладывается на другую. Наиболее выразительно проявляется зональный — широтный характер распределения растительности. Эти зоны в принципе повторяются в горных системах, где от подошвы до горных вершин происходит изменение растительных поясов от теплолюбивых форм до хвойных лесов, альпийских лугов и вечных снегов. От общего широтного характера распределения растительности имеются многочисленные отклонения. Часто распределение растительности зависит от изменений климата, вызванных близостью теплых морских течений, от положения, высоты местности и других факторов. Размещение животных в общем связано с растительными зонами, но при этом наиболее широкие пространства обитания имеют птицы, совершающие сезонные массовые перелеты.

Древность жизни на Земле

В результате трехвековой истории геологии можно утверждать, что нигде на нашей планете не встречены отложения, в которых жизнь отсутствовала бы, и нет таких даже косвенных данных, чтобы мы могли научно допустить ее отсутствие в данных геологических явлениях.

Древность жизни на нашей планете относится к числу весьма сложных проблем теории эволюции организмов и имеет непосредственное отношение к проблеме происхождения самой жизни.

Еще в 1861 г. один из выдающихся физиков XIX в. — англичанин В. Кельвин (Томсон) на основании теории теплопроводности подсчитал, что возраст Земли равен примерно 24 млн лет. По его мнению, за столь короткий промежуток времени не мог пройти процесс всей биологической эволюции путем естественного отбора. В. Кельвин выступил против теории Ч. Дарвина. Великий натуралист признавал, что расчеты физиков того времени относительно возраста Земли являлись серьезным препятствием для развития его эволюционных идей. Значительно позже, в связи с открытием радиоактивности и использованием этого явления для измерения геологического времени, оказалось, что расчеты В. Кельвина были несостоятельными, как и возражения его против принципов дарвинизма.

Данные радиологических методов резко увеличили длительность геологического времени, которое необходимо для полного проявления естественного отбора в процессе биологической эволюции. Оправдались слова Ж. Б. Ламарка, который еще в начале XIX в. писал: «Для природы время ничего не значит и никогда не представляет затруднений, она всегда его имеет в достаточном распоряжении, и для нее это средство не имеет границ, с помощью его она производит и самое великое, и самое малое».

Авторы различных гипотез о происхождении жизни на Земле допускали, что в течение огромного промежутка времени планета была безжизненной и на ее поверхности происходил медленный абиогенный синтез органических соединений, который привел к формированию живого вещества. Еще в 1924 г. в своей первой публикации, посвященной проблеме происхождения жизни, академик А. И. Опарин писал о длительном существовании безжизненной Земли, возникшей из раскаленного газа солнечного состава. В 1963 г. он повторил свой тезис, сказав, что тогда ей были свойственны лишь неорганические формы движения материи. При этом все совершавшиеся на ее поверхности явления всецело определялись законами физики и химии.