3 - Происхождение жизни на Земле
По современным научным представлениям для зарождения жизни необходимо соблюдения нескольких условий. Главное из них это наличие воды в жидком состоянии на поверхности планеты. Из этого следует, что на планете должен быть умеренный климат с положительной средней температурой. Земля образовалась на удачной орбите. На внешних планетах слишком холодно и вода там в виде льда. На внутренних планетах слишком жарко и вода находится в виде пара.
Второе условие - это солнечный свет, который даёт энергию и тепло. Значительная часть используемых в настоящее время источников энергии являются «законсервированной» солнечной энергией. В частности это дерево (дрова), уголь, нефть и газ.
Третье условие – это наличие на планете атмосферы. И если для возникновения одноклеточных форм достаточно углекислотной атмосферы, то для появления сложных форм жизни, и в особенности разумных, нужен кислород.
Четвертое условие – это наличие на планете мощного магнитного поля, которое защищает формы жизни от солнечной радиации.
В этой статье мы разбираем, как на планете появились первые примитивные одноклеточные организмы. Сразу сообщаем, что этот вопрос является главным вопросом науки, на который пока нет ответа. Есть две гипотезы появления живых организмов. Первая заявляет, что они были занесены на планету астероидами. Но эта гипотеза объясняет только способ появления на Земле, но не сообщает - а как вообще появились эти одноклеточные организмы где бы то ни было.
Вторая гипотеза как раз сообщает, как появилась органическая материя из неорганической. Органика состоит из четырех основных классов химических соединений – углеводов, жирных кислот, аминокислот и нуклеотидов. Они же состоят всего лишь из пяти элементов – водорода, углерода, кислорода, азота и фосфора. Остается лишь понять, как эти пять химических элементов создали органическую материю.
Первые попытки синтезировать живую материю из неживой были предприняты в середине прошлого века студентом Миллером и ученым Юри. Они создали в колбе смесь, повторяющую атмосферу Земли раннего периода. В неё входили водород, метан и аммиак. Смесь нагревали до высоких температур и подавали в неё электрические разряды, имитирующие молнии. В результате экспериментов в колбе образовались несколько аминокислот, то есть четвертая часть необходимых соединений. Правда, смесь они делали по представлениям того времени, соответственно в ней не было преобладания углекислого газа и смесь не была под давлением 60 атмосфер. В последующем многие ученые провели подобные эксперименты, часть из которых увенчалась успехом. Например, испанский биохимик Оро смог синтезировать нуклеотиды и аминоксилоты. Однако искусственного одноклеточного организма так получено и не было. Возможно для этого кроме химических элементов требуется еще и достаточное количество времени.
Самым древним ископаемым одноклеточным организмам около 3,5 млрд лет. Как считается они появились в водоёмах с первичным химическим бульоном под действием энергии, выделяемой ударами молний. Хотя возможно и другое происхождение живых организмов. Сорок лет назад на дне океана возле жерла подводных вулканов были найдены напоминающие бактерий микроорганизмы – их назвали археями. Пикантность ситуации в том, что они живут в воде, температура которой выше ста градусов. Правда такие организмы не образуют многоклеточной жизни.
Обнаружили первые одноклеточные простым способом. Для защиты от солнечных лучей эти микробы образуют слоистые покровы, которые затвердевают и кальцинируются. После гибели микробов твердые покровы остаются и образуют строматолиты – старейшие известные окаменелости.
Через какое-то время одноклеточные разделились на бактерии и археи. Соответственно перед разделением на нашей планете жил последний универсальный общий предок, от которого происходят все существующие живые организмы – люди, животные, растения, грибы.
После появления первых одноклеточных (бактерии и археи) они были единственным видом живых организмов на нашей в планете в течение полутора миллиардов лет. В этот период какая-то часть бактерий стали фотосинтезирующими. Под действием энергии света эти микроорганизмы стали превращать углекислый газ и воду в сахар, а в качестве побочного продукта выделяют кислород.
Первый кислород стал окислять железо, растворенное в океанах, отчего образовалась железная руда. Поэтому он в атмосфере не накапливался и так продолжалось около двух миллиардов лет. Окислив все что можно, кислород стал накапливаться в атмосфере и достиг концентрации в ней 20% к настоящему времени, после чего стабилизировался. То есть производство кислорода сейчас уравновешивается его потреблением. Поскольку кислород являлся сильным ядом, от него погибло большинство бактерий
Оставшиеся одноклеточные аэробные организмы стали организовывать колонии. После этого возникла специализация клеток, внешние клетки колонии стали заниматься поглощением энергии и питательных веществ из окружающей среды. Внутренние клетки стали заниматься транспортировкой питания и воду внутри колонии. Затем клетки стали объединяться – поглощать друг друга. Это привело к появлению к многоклеточных организмов со специализацией клеток. Но в течение еще полутора миллиардов лет на планете доминировали одноклеточные организмы.
1,2 млрд лет назад на планете появились красные водоросли, у которых появилось половое размножение, значительно ускорившее скорость эволюции организмов.
Примерно 1 миллиард лет назад появляются первые грибы.
Где-то 640 миллионов лет назад стали появляться сложные многоклеточные беспозвоночные организмы, существование которых палеонтологи фиксируют по минимальным следам. Почему они не появились раньше? Этому препятствовало тотальное Глобальное оледенение планеты, которое началось миллиард лет назад и закончилось через четыреста миллионов лет. Поверхность планеты в этот недолгий период представляла собой кусок льда, толщина которого в океане достигала двух километров. Одноклеточные организмы выжили только в маленьких бассейнах воды на дне океанов.
Затем благодаря тектонике плит усилилась вулканическая активность, атмосфера планеты насытилась углекислым газом, возник парниковый эффект и льды растаяли. Кроме этого благодаря запасам кислорода в атмосфере образуется озоновый слой, защищающий организмы от ультрафиолетового излучения.
Создались благоприятные условия для развития жизни, что привело к Кембрийскому взрыву, который начался 540 миллионов лет назад. В этот период появилось множество ископаемых останков многоклеточных сложных организмов, имеющих раковины и скелеты.
Жизнь на планете существует 3,5 млрд лет, из них три миллиарда она была представлена простейшими одноклеточными и многоклеточными организмами. Сложные же организмы образовались всего за 50-70 миллионов лет и породили полмиллиарда лет назад большую часть сегодняшнего видового разнообразия. До появления Человека оставалось примерно 500 миллионов лет. Как развивалась жизнь на нашей планете?