X. Архейская («начальная») эра в развитии жизни
X. Архейская («начальная») эра в развитии жизни
Самые древние остатки организмов и создавшихся при их участии веществ дошли до нас из архейских отложений земной коры. Отложения эти чрезвычайно мощные (толстые): ясно, что проходили сотни миллионов лет, пока они накоплялись. Наиболее древние, нижние отложения, сдавленные огромной тяжестью вышележащих пластов, сильно изменились: из слоистых они превратились в кристаллические. Помимо давления этому помогло и действие внутренней теплоты земного шара. Остатки организмов, которые могли в них находиться, при этом тоже изменились до неузнаваемости. Мы не знали бы даже, была тогда жизнь или нет, если бы не некоторые вещества, накопленные в архейских пластах; эти вещества, как мы хорошо знаем, могут образовываться в земной коре только при действии организмов. Они действительно образовались из остатков древнейших растений и животных. Но самих этих остатков в кристаллических горных породах архейского времени мы не находим.
Лучше обстоит дело с теми архейскими отложениями, которые дошли до нас в виде слоистых пород, еще не успевших перекристаллизоваться. Это — более молодые слои. В них найдены остатки бактерий, имевших вид микроскопически мелких шариков. Сохранились остатки других бактерий, так называемых железобактерий, родственники которых и сейчас живут на Земле. Железобактерии выполняют огромную химическую работу, принимая участие в создании железных руд. Они живут в тех водах, которые содержат соли (закиси) железа, и окружены тончайшими нитевидными трубочками, возникшими из выделяемой ими слизи; они извлекают соли (закиси) железа из воды, перерабатывают их в своем крошечном тельце и пропитывают ими трубочки (превращая их в соли окиси). Живут эти бактерии колониями. Когда трубочки окажутся целиком пропитанными железом, бактерии покидают их и принимаются строить новые трубочки. В результате их деятельности скопляются соединения железа, которые через сотни тысяч и миллионы лет превращаются в мощные залежи железных руд.
От появления первичных (коллоидных) организмов на Земле до возникновения настоящих бактерий прошло очень много времени. Бактерии, вероятно, и были теми устойчивыми формами живых тел, которые завоевали на Земле господствующее положение в начальный период истории жизни. Они могли существовать раньше, чем возникли настоящие растения и животные. Среди бактерий есть большая группа таких, которые, способны жить за счет усвоения неорганических химических соединений в почве и воде, подобно знакомым нам железобактериям. Таковы, повидимому, были и те мельчайшие бактерии-шарики, жизнь которых связана с созданием древнейших известковых слоев. Позднее, когда разросся мир растений и животных, разнообразие бактерий сильно увеличилось. Возникли новые формы, которые приспособились к тому, чтобы жить за счет растительных или животных организмов или за счет их трупов. Так появились многочисленные бактерии гниения, брожения, бесчисленные бактерии-паразиты, вызывающие разные заболевания растений и животных. Эволюция бактерий тесно связана с эволюцией растительного и животного миров, так как бактерии приспособлялись к вновь появлявшимся растениям и животным. Самыми последними возникли те бактерии, которые паразитируют на человеке и домашних животных.
Бактерии играют в жизни Земли огромную роль. Даже Пастер не вполне охватывал ее. Бактерии завоевывают для себя все новые и новые источники питания; они заполнили почву, воду и воздух. В одном грамме лесной почвы содержится около 3 миллиардов бактерий; даже в грамме песчаной почвы их около 1 миллиарда.
В огромном количестве населяют они моря. В глубине Черного моря находятся огромные скопления сероводорода, делающие жизнь здесь невозможной для растений и животных. Этот сероводород, однако, не проникает в поверхностные слои воды, и поэтому до глубины в 200 метров в этих морях процветает жизнь. Куда же девается сероводород? Оказывается, его захватывают серные бактерии, обитающие на глубине 200 метров и перерабатывающие его в соединения серной кислоты. Такая же, примерно, картина наблюдается и в Каспийском море. Сколько же бактерий работает в такой гигантской химической лаборатории? Число их невозможно даже себе представить.
Раз бактерии могут приспособляться к самым различным условиям жизни, то они могли дать начало и другим группам организмов. От них, действительно, получили свое происхождение некоторые водоросли. Переход от бактерий, к водорослям был большим шагом вперед по пути эволюции. Правда, и водоросли в большинстве своем относятся еще к миру микроскопически малых существ, но они обладают более определенной организацией и принадлежат к более сложным существам, наряду с простейшими животными организмами. Подобно бактериям, одноклеточные растения и животные кишат повсюду на земле, и их-то и открыл впервые Левенгук в стоячей воде. В одноклеточных телах этих существ мы находим расчленение на протоплазму и ядро; кроме того, они нередко обладают защитной оболочкой или своего рода скелетом, поражающим иногда тонкостью и изяществом строения.
В теле водорослей, кроме ядра, имеется еще одно важное образование, которое свойственно уже всем типичным растениям. Это — так называемый пигмент, красящее вещество, сосредоточенное в особых зернах (иногда в поверхностных слоях протоплазмы). Пигмент не у всех водорослей одинаков. По его цвету различают несколько групп водорослей: синезеленые, зеленые, багряные, бурые.
Особую группу среди водорослей составляют жгутиковые. Это — одноклеточные организмы, снабженные подвижным жгутиком, благодаря ударам которого по воде они передвигаются. Они стоят на рубеже растительного и животного миров. Одни из них имеют пигментное пятно и причисляются к водорослям, другие лишены пигмента и способны захватывать пищу, которую и переваривают. Это — простейшие животные.
Характерный для растительной клетки зеленый пигмент, так называемый хлорофил, представляет особое вещество, улавливающее энергию солнечных лучей и употребляющее ее на химическую деятельность. Эта деятельность заключается, во-первых, в расщеплении находящегося в воздухе углекислого газа на его составные части — углерод и кислород, а во-вторых, в выполнении созидательной работы: в построении из освобожденного углерода и воды органических соединений — сахара, крахмала, других углеводов, жиров и белковых тел. Все эти сложные химические вещества возникают в растительной клетке из неорганических веществ благодаря деятельности хлорофила. Другая освобожденная составная часть углекислого газа — кислород — уходит в чистом виде снова в воздух. Воздух таким образом все время пополняется кислородом.
Вспомним, что животные питаются только готовыми сложными органическими соединениями — углеводами, жирами и белками. Эти соединения животные сами для себя приготовить не могут. Они их получают из растительного мира. Не будь растений, животные погибли бы с голоду. Стало-быть, животные и появиться на Земле могли только после возникновения растений. Растения приготовили для них запас питательных веществ. Кроме того, они создали и другое необходимое для животной жизни условие. Животные нуждаются не только в питании, но и в дыхании. А для этого им нужен кислород. В настоящее время в воздухе, как мы знаем, содержится около 21 % кислорода. Его количество постоянно, и это постоянство поддерживается деятельностью растений, непрерывно обогащающих воздух кислородом. Не то было в архейскую эру.
Состав атмосферы в первые времена жизни Земли, как мы уже указывали раньше, повидимому, резко отличался от теперешнего. Во-первых, в воздухе почти не было кислорода; во-вторых, воздух тогда содержал в себе много углекислого газа. Этот газ делал воздух мало проницаемым для солнечных лучей; поэтому нагревание солнцем было не слишком сильным. Зато присутствие в воздухе этого газа и водяных паров очень задерживало охлаждение воздуха в ночное время. Земля была как бы окутана мало проницаемой для тепла оболочкой, которая сохраняла собственную земную теплоту и повышала среднюю температуру Земли. Один ученый высчитал, что если бы теперь количество углекислого газа увеличилось в воздухе втрое, то средняя температура на Земле повысилась бы почти на 10 градусов. Этого повышения было бы с избытком довольно, чтобы растаяли льды в полярных странах и чтобы сошли снега с высоких горных вершин. Климат Земли должен был бы резко измениться: продолжительные морозы случались бы только изредка, зима сократилась бы, лето стало бы длиннее и жарче; в общем, в наших местах климат установился бы такой, какой мы находим сейчас, например, в нашем Закавказье. А на крайнем севере, где теперь простирается область вечной мерзлоты, установился бы довольно мягкий климат умеренного пояса.
Есть все основания думать, что в архейскую эру климат был еще значительно теплее и благодаря, большому содержанию углекислого газа в воздухе, и благодаря тому, что Земля еще не растратила своей первоначальной теплоты, и, наконец, благодаря, тому, что само Солнце блистало ослепительно белым светом и посылало на Землю более горячие лучи. Жизнь расцвела в теплых водах тогдашних морей и океанов. Создавались новые формы растительного мира, а в результате работы растений земная атмосфера стала понемногу очищаться от углекислоты и обогащаться кислородом. Кислород в растворенном виде появился и в море. Так создались условия, при которых стала возможна животная жизнь. Она и возникла вслед за растительной.
Однако относительно животных архейской эры мы знаем еще меньше, чем относительно растений. Кое-где сохранились раковинки одноклеточных животных, так называемых корненожек. Повидимому, животные в те времена играли еще небольшую роль в жизни Земли. Больший интерес представляют другие формы жизни, возникшие в архейскую эру, а может быть, и раньше.
Современная наука больше интересуется мельчайшими организмами, чем крупными. Не слоны и не киты стоят в центре внимания ученых, а мельчайшие, еле видимые или вовсе невидимые живые частицы. Практическая жизнь требует самого подробного исследования именно этих мельчайших организмов. Открытие и изучение их может послужить для разъяснения загадочной природы многих болезней: ведь в основе многих заболеваний лежит нападение на человека микроскопических или ультрамикроскопических[8] организмов. В сельском хозяйстве свойства этих существ связываются с вопросами увеличения урожайности и повышения плодородия почвы. Наука занята исследованием этих ничтожно малых существ и в надежде приблизиться к решению вопроса о первых ступенях эволюции и о начале жизни.
На грани наших знаний находятся организмы, которые так малы, что самые лучшие современные ультрамикроскопы бессильны сделать их видимыми. Они проходят (фильтруются) через самые тонкие фильтры, и их невозможно задержать и отделить от других веществ, чтобы сделать более доступными изучению. Естественно спросить, как же удалось узнать об их существовании, если они ускользают от самых усовершенствованных наших инструментов? Хотя они сами невидимы, но их действия мы можем и видеть и изучать. Самые мелкие из «фильтрующихся существ» называются бактериофагами. Мы узнаем об их присутствии потому, что они пожирают или разрушают живых бактерий. В науке не установлен еще окончательный взгляд на природу этих бактериофагов. Многие ученые считают их самыми простыми из всех живых организмов. Другие более склонны видеть в них не организмы, а химические вещества. Но какова бы ни была их природа, ясно, что здесь мы имеем дело с такими частицами, которые стоят на границе живого и неживого мира.
Несколько крупнее бактериофагов оказываются ультрамикроскопические существа, называемые вирусами (слово «вирус» — латинское и по-русски значит «яд»).
Эти вирусы вызывают целый ряд тяжелых болезней у человека, животных и растений. Копытная болезнь рогатого скота и свиней, собачья чума, оспа, тиф, желтая лихорадка, бешенство, корь и грипп у человека, ряд заболеваний картофеля, табака и других растений — вызываются присутствием вирусов. Хотя они крупнее бактериофагов, они все же так мелки, что свободно проходят через фильтры, за что и получили свое название «фильтрующихся вирусов».
Возможно, что бактериофаги и вирусы — это остатки древнейших организмов. Они тоже изменились в течение истории Земли, приспособившись к существованию в новых условиях. Бактериофаги выработали способность бороться с бактериями, вирусы стали губить растения и животных. Но при всем том они не поднялись даже на такую ступень организации, на какой находятся бактерии. Поэтому в них можно видеть остатки первичных организмов, существовавших в архейскую эру.