ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ

Жизнь в глубинах веков

Научный редактор доктор биологических наук, профессор К. К. ФЛЕРОВ

ТАЙНА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

БЕЗЖИЗНЕННАЯ ЗЕМЛЯ

Мы знаем, что Вселенная бесконечна. О ее протяженности можно судить по скорости света. Проходя 300000 километров в секунду, свет от самых близких звезд достигает Земли через годы. Среди многочисленных звездных систем, составленных множеством отдельных звезд разной величины, различных стадий развития и древности, наше внимание более всего привлекает звездная система – Галактика, в состав которой входит Солнце с окружающими его планетами.Если бы всего полстолетия назад сказали, что настанет день, когда мы узнаем, из чего состоят звезды, есть ли у других планет атмосфера и каковы физические условия на их поверхности, никто бы этому не поверил. Однако мы сейчас имеем эти сведения. Более того, человек готовится стать путешественником по Вселенной, он многое узнал о строении, происхождении и развитии звезд, планет.Как возникла Земля, земная кора, в каком направлении идет развитие их строения, откуда взялись океаны, глубокие моря и мелководья, низменные равнины и горные хребты – все то, что создает возможности для возникновения и развития жизни на Земле?Эти вопросы встают перед нами, когда мы задумываемся над проблемой истории жизни на Земле.Очень давно по сравнению с продолжительностью жизни человечества около 5–6, а может быть и более, миллиардов лет назад образовалась Земля.В настоящее время работы астрономов, геологов и других специалистов, изучающих строение и развитие небесных туманностей, звезд, Солнца, планет с их спутниками, позволяют с достаточной достоверностью представить себе возможные пути возникновения Земли и общую картину ее изменений даже на первых этапах существования.Происхождение Земли, ее строение, в частности концентрация различных химических элементов, образование атмосферы – воздушного океана Земли, гидросферы – водной оболочки Земли, литосферы – каменной оболочки Земли, а также происхождение жизни – одна из самых интересных и замечательных проблем, которые сейчас разрабатываются наукой.Современная астрономия доказывает, что материя звезд и планет находится в непрерывном изменении, что причины образования планет следует искать в закономерностях развития отдельных звезд. Однако мы пока еще не знаем, как образовалась наша Земля, и можем высказывать только более или менее правдоподобные предположения, или гипотезы.В настоящее время происхождение Земли можно представить себе так.По гипотезе, разрабатываемой академиком В. Г. Фесенковым, Солнце и планеты возникли из огромного газово‑пылевого облака, подобного тем туманностям, которые наблюдаются во многих районах Галактики. Размеры туманности были настолько огромны, что из ее вещества наряду с Солнцем возникли десятки, а может быть, и сотни других звезд.О том, как постепенно из газово‑пылевого облака сгустились планеты, в том числе и Земля, мы знаем из теоретических работ академика О. Ю. Шмидта и его школы. Взаимное тяготение частиц облака и их обращение вокруг Солнца привели к образованию сгущений, сначала небольших, а затем все более и более растущих. В результате такого процесса роста, продолжавшегося миллиарды лет, образовались крупные шарообразные тела – планеты, среди которых была и наша Земля.Первичная Земля была холодной. Однако рассеивавшееся облако, вещество которого сгустилось в планеты, теперь уже не мешало солнечным лучам достигать района Земли и даже более отдаленных областей солнечной системы. Солнечное тепло привело к выделению газов из твердых частиц, составивших поверхность Земли. Так возникла земная атмосфера.С другой стороны, радиоактивные вещества, заключенные в Земле, распадались и выделявшееся при этом тепло, не находя выхода наружу, расплавляло породы внутренних частей Земли. В конце‑концов возникли мощные «очаги расплава», откуда через жерла вулканов раскаленная лава извергалась на поверхность Земли.В Земле происходил (да и поныне еще не кончился) процесс перераспределения тяжелых и легких пород. Тяжелые породы именно вследствие своей тяжести опускались к центру Земли, «выдавливая» на ее поверхность породы легкие.Такие перемещения иногда очень крупных масс послужили причиной землетрясений и горообразования. Теперешнее перераспределение плотности в Земле, ее расслоение по геосферам, есть результат долгой эволюции земного шара.Водяные пары, выделяясь в атмосферу из недр и поверхностных слоев Земли, охлаждались там, превращаясь в ливни и дожди. Постепенно вода заполнила углубления на поверхности земного шара, дав начало морям и океанам.Таким образом, Земля первоначально резко отличалась от современной.Прежде чем возникла жизнь, вещества земного шара испытывали сложные физико‑химические превращения, в результате которых возникали оболочки, сферы Земли.Геологическими и геофизическими исследованиями установлено, что Земля от центра к периферии разделяется на так называемые геосферы. Ученые различают ядро и субъядро, состоящие из плотных элементов; твердую оболочку, земную кору, или литосферу, сложенную из менее плотного силикатного (кремниевого) материала, водную оболочку (гидросферу) и воздушную оболочку (атмосферу).Земная кора имеет толщину от 3 до 80 километров. Она состоит главным образом из пород, содержащих много кремнекислоты, окислов алюминия, кальция, щелочей.Для понимания возникновения жизни на Земле необходимо знать, как появились эти сферы, чем они характерны.Совершенно очевидно, что для жизни требуются определенные внешние условия, которые могли сложиться лишь в результате длительного исторического изменения химического состава Земли, а также ее вод, атмосферы, источников внутренней энергии и в первую очередь радиоактивности.Литосфера, или земная кора, образовалась в глубокой древности. «Возраст Земли – есть приблизительно возраст ее твердой коры», – пишет академик В. Г. Фесенков. Это объясняется тем, что вследствие большой разности температур раскаленная часть Земли быстро остывала. По гипотезе, разработанной О. Ю. Шмидтом, следует, что первичная земная кора возникла с самой Землей и имеет одинаковый с ней возраст. Разогревание Земли в результате радиоактивного распада началось позже и сильнее было в центре Земли.Вполне вероятно, что древняя земная кора была сравнительно тонкой и беспрерывно разрывалась в различных местах под напором глубинных извержений газов, паров и жидких лав. Постепенно она утолщалась, на нее наслаивались разлившиеся лавовые потоки, осадочные породы, а снизу охлаждались и затвердевали более глубокие слои. Одновременно с образованием земной коры шло образование атмосферы и гидросферы.Первоначальная атмосфера Земли содержала в себе много паров воды, но мало кислорода, ибо основная масса его образовалась после возникновения жизни на Земле за счет деятельности зеленых растений. Образовавшиеся на поверхности Земли воды давали начало первичным океанам и морям, пресным или имевшим слабую соленость.Это первобытное состояние Земли тянулось очень долго, вероятно, дольше, чем все последующее время ее существования. Происходили сложные химические взаимодействия различных веществ. В частности, углерод – элемент жизни, – вступая в соединения с другими веществами, дал начало возникновению жизни.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ

Происхождение жизни, ее сущность – одна из наиболее трудных загадок науки, ибо жизнь – это самое сложное из известных нам явлений природы. Никто не видел и не наблюдал ее возникновения; более того, в природе не сохранилось никаких прямых или косвенных свидетельств о возникновении жизни и первых этапах ее развития.Поэтому разгадка происхождения жизни – одна из самых сложных проблем, над разрешением которой давно работала человеческая мысль, развиваясь по сложному пути от вымыслов, предрассудков к точному знанию.На протяжении многих веков вокруг этой проблемы шла непрерывная борьба между двумя непримиримыми идеологиями – материализмом и идеализмом. В течение долгого времени науке для разрешения вопроса о возникновении жизни недоставало многих необходимых сведений. И этим пользовалась религия, пропагандируя представления, не обоснованные фактами и рассчитанные на слепую веру.Путем накопления и обобщения многих фактов наука доказала, что для объяснения возникновения жизни не требуется прибегать к «божественному началу» или «божественной силе», даже несмотря на то, что наши знания о свойствах жизни еще недостаточно полны.В настоящее время существует несколько предположений о возникновении жизни на Земле:1. Жизнь никогда не возникала, она вечна, как вечна материя.2. Жизнь возникла не на Земле, а занесена на нее с других небесных тел.3. Жизнь возникла на самой Земле, то есть на какой‑то стадии развития Земли из неживого возникло живое.Первые два предположения о вечности жизни и занесении ее на Землю из мирового пространства с других планет несостоятельны в научном отношении. Утверждение, что жизнь никогда не возникала, что она вечна, есть по существу отказ от научного решения вопроса.Диалектический материализм прежде всего учит, что вся природа находится в постоянном изменении, в развитии от простого к сложному, что живая материя как наиболее сложная могла возникнуть из неживой. Крометого, Земля как и другие планеты, не «вечна», она была вначале безжизненной.Согласно современным достижениям науки, на протяжении громадных отрезков времени, потребовавшихся на образование Земли и первых стадий ее развития, жизнь на ней была невозможна. В древнейших слоях земной коры мы не находим следов жизни.Вторая гипотеза о занесении жизни на Землю из мирового пространства также не подтверждается. По этой гипотезе, зародыши жизни рассеяны во Вселенной. «Жизнь может в течение бесконечного времени переноситься с одной солнечной системы на другую или с планеты на планету внутри отдельной солнечной системы», – так писал один из ярых сторонников этой гипотезы, шведский физик и химик Аррениус.Известный немецкий физик и физиолог, Гельмгольц, считал, что жизнь могла быть занесена на Землю осколками небесных тел – метеоритами.Вот как описывает эту возможность Гельмгольц: «Если два небесных тела сталкиваются, то большая часть их от удара так разбивается, что должна расплавиться. При этом во все стороны разлетаются осколки... Если бы наша Земля в ее теперешнем состоянии с ее растениями и животными столкнулась с небесным телом приблизительно такой же величины, то в пространстве рассеялось бы много больших и малых обломков, несущих на себе семена растений и животных. А так как с бесконечных времен существуют миры, несущие на себе жизнь, то существует и бесконечное множество метеоритов, которые, странствуя в небесном пространстве, несут на себе зародыши. Если бы на Земле не было жизни, то такой метеорит, упав на нее, мог бы вызвать на ней жизнь».Едва ли живые организмы, даже мельчайшие из них, их споры, семена и т. п. могли бы перенести такой страшный удар и высокую температуру, которая возникает при этом. Кроме того, метеорит при движении в земной атмосфере сильно раскаляется. Далее, ни на одном из метеоритов не обнаружено никаких следов жизни. Поэтому от такого предположения надо отказаться.Когда в начале XX века русский физик П. Н. Лебедев экспериментально доказал, что световые лучи производят давление, способное переносить мельчайшие частицы, гипотеза о занесении жизни на Землю, как будто получила научное подтверждение.Однако это не так. Такое оригинальное, можно сказать, романтическое, объяснение возникновения жизни на Земле, имеющее до сих пор много сторонников, не подтверждено никакими научными доводами. Эта гипотеза обсуждалась на конференции по проблеме стратосферы, созванной в 1935 году в Ленинграде Академией наук СССР.Советские микробиологи заявили на этой конференции, что любые микроорганизмы, любые зародыши жизни в стратосфере существовать не могут.Крупный микробиолог академик Б. Л. Исаченко отметил, что все микроорганизмы, обнаруженные в воздухе, – земного происхождения. Кроме того, зародыши жизни не могут путешествовать в космическом пространстве потому, что ультрафиолетовое (коротковолновое) излучение Солнца убивает жизнь в течение нескольких секунд.Все организмы на Земле защищены от действия коротковолнового излучения слоем озона, находящегося ь атмосфере. Только проскочив сквозь этот озоновый экран, зародыш жизни оказался бы защищенным от космических лучей смерти.И даже если бы, наконец, организмы каким‑либо образом и были перенесены с одной планеты на другую, они не нашли бы нормальных условий для своего развития. Астрофизика – наука о физическом и химическом строении небесных тел – показала, что физические, климатические и иные условия планет и других небесных тел весьма различны. Поэтому исторически сложившаяся приспособленность организмов к определенным условиям существования на одной планете была бы препятствием для их акклиматизации на другой планете.Следовательно, соображения о том, что жизнь на Земле или другой какой‑либо планете могла начаться с помощью организмов, занесенных с других планет, лишены научного обоснования.Однако мысль о том, что жизнь и даже разумные существа есть не только на Земле, верна. Ф. Энгельс писал: «...у нас есть уверенность, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с какой она когда‑нибудь истребит на земле свой высший цвет – мыслящий дух, она должна будет его снова породить где‑нибудь в другом месте и в другое время» 1.

1 Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1955, стр. 19

В последние годы советский ученый член‑корреспондент Академии наук СССР Г. А. Тихов создал новую отрасль знаний – астроботанику, занимающуюся изучением растительности на других планетах. Опираясь на достижения астрофизики, он пришел к выводу, что на Марсе существует низкорослая растительность – стелющиеся кустарники голубого, зелено‑голубого и синего цветов.Остается разобраться в третьей гипотезе о том, что жизнь возникла на Земле. Этот взгляд – наиболее древний в науке.Многие величайшие философы древности – Аристотель, Лукреций, Виргилий, Овидий, Плиний Старший – верили в зарождение, то есть в возникновение сложно устроенных организмов из неживого вещества или внезапное превращение простых организмов в сложные. В XVII веке Ван Гельмонт предложил знаменитый рецепт самозарождения мышей из грязного белья, положенного в горшок с зернами пшеницы или с кусочком сыра. Спустя некоторое время итальянец Буанони сделал не менее фантастическое сообщение. На некоторых сортах деревьев, утверждал он, после того как они сгниют, появляются черви, которые затем превращаются в бабочек, а эти бабочки превращаются в птиц.Итальянский поэт и медик Франческо Реди решил тщательно проверить возможность подобных самозарождений. Для доказательства, что так называемые мясные «черви», представляющие личинки мух, не зарождаются самопроизвольно, он покрывал кусок мяса марлей. Мухи, привлеченные мясом, откладывали на марле яйца, из которых и развивались личинки мух. Этот простой и наглядный опыт вызвал определенный сдвиг в умах ученых. Сам Ф. Реди выдвинул принцип: «Все живое от живого», правильность которого для всех современных организмов подтверждена всем ходом дальнейшего развития науки. Позднее профессор медицины Валлисниери в Падуе (Италия) доказал, что черви в плодах растений, например яблоках, происходят также из яиц, откладываемых насекомыми в цветах до того, как из них начнут развиваться плоды.

Так появляются «мясные черви» – личинки мух (опыт Реди.) Личинки мух появляются на мясе, не покрытом кисеей (А). На мясе, покрытом кисеей, личинок нет (Б)

Теория зарождения организмов казалась побежденной. Но в конце XVII века был изобретен микроскоп, и при помощи его голландским натуралистом А. Левенгуком был открыт мир мельчайших организмов.Откуда берутся эти бесчисленные и бесконечно малые существа? Естественно, их появление и бурное развитие в воде, во всех экстрактах из органических веществ пытались снова объяснить внезапным и быстрым зарождением из неживого вещества.В середине XVIII века было начато разрешение этой проблемы, которое окончилось лишь 100 лет спустя благодаря работам Луи Пастера. Пастер был гением эксперимента, искусным испытателем живой природы. В 1862 году на дискуссии в Парижской академии наук Пастер доказал, что в поставленных им опытах микроорганизмы из неживой материи не возникали. Вот как рассказывал об этом сам Пастер на лекции, сопровождавшейся опытами, в Парижском университете Сорбонне1. «Вот, – говорил Пастер, – настойка из органического вещества, прозрачная, как дистиллированная вода, но в то же время легко подвергающаяся изменениям. Она была приготовлена сегодня. Завтра в ней уже появятся мельчайшие существа – инфузории или хлопья плесени.

1 Р. Валлери‑Радо. Жизнь Пастера. М., Изд. иностранной литературы, 1950. стр. 92–93.

Я помещаю часть этой настойки из органического вещества в сосуд с длинным горлышком. Предположим, что я сначала кипячу этот сосуд, а затем остужаю его. Через несколько дней в этой жидкости появится плесень или инфузории. Прокипятив эту жидкость, я уничтожаю зародыши, которые, возможно, находились в жидкости или на поверхности стенок сосуда. Однако, как только эта настойка приходит в соприкосновение с воздухом, она немедленно изменяется, подобно всем настойкам.Теперь предположите, что я повторяю опыт, но, прежде чем кипятить жидкость, при помощи паяльной лампы вытягиваю шейку сосуда, не запаивая его отверстия. Затем я довожу жидкость в сосуде до кипения и охлаждаю ее. Жидкость в этом сосуде останется неизмененной не только в течение двух, трех, четырех дней, одного месяца или года, но в течение трех и четырех лет, так как вот уже четыре года, как у меня поставлен опыт такого рода, и жидкость до сих пор остается прозрачной. В чем же разница между этими двумя сосудами? Оба содержат одну и ту же жидкость, оба содержат воздух, оба открыты. Почему же в одном сосуде жидкость изменяется, а в другом не изменяется? Между этими двумя сосудами имеется только одно различие, а именно: в одном из них пыль, взвешенная в воздухе, и содержащиеся в ней зародыши проходят через горлышко сосуда и приходят в соприкосновение с жидкостью, в которой они находят пищу, обеспечивающую их развитие. Отсюда и появление микроскопических существ.В опыте же с другим сосудом, наоборот, невозможно или, во всяком случае, очень трудно, чтобы пыль, заключающая в себе зародыши, попала внутрь сосуда. Куда же она попадает? Она скапливается в изгибе шейки. Когда воздух по законам диффузии и вследствие разницы в температуре попадает в сосуд, то, если эта разница не особенно велика, он входит в сосуд достаточно медленно для того, чтобы содержащаяся в нем пыль и все плотные частицы, попадая в шейку сосуда, задерживались в месте сгиба.Этот опыт очень поучителен. Заметьте, что все, содержащееся в воздухе, кроме пыли, может легко проникнуть внутрь сосуда и прийти в соприкосновение с жидкостью. Представьте себе, что все, что имеется в воздухе, электричество, магнетизм, озон и все то, чего мы еще не знаем, все это имеет полную возможность прийти в соприкосновение с настойкой. Только одно не так‑то легко может проникнуть в сосуд – это пыль, взвешенная в воздухе. Это очень легко доказать: стоит только раз встряхнуть сосуд, и через два‑три дня в нем появятся инфузории и плесень. Почему? Потому, что движение воздуха было резким, и в своем движении он увлек за собой пыль.Следовательно, господа, я могу сказать, показывая вам эту жидкость: вот я взял эту каплю воды, полную элементов, которые необходимы для развития низших существ. Я жду, я наблюдаю, я спрашиваю, требую от нее, чтобы она начала свою основную созидательную работу. Но она молчит! Она молчит уже в течение нескольких лет, прошедших с момента начала этого опыта. И это потому, что я удалил из нее и удаляю до сих пор единственное, что не может создать человек; я удаляю из нее зародыши, носящиеся в воздухе, я удаляю из нее жизнь, так как жизнь – это зародыш, и зародыш – это жизнь! Никогда теория самопроизвольного зарождения не поднимется после того смертельного удара, который нанес ей этот простой опыт».Эту лекцию Пастер закончил так: «Нет, в настоящее время нет оснований, которые давали бы право утверждать, что микроскопические существа появились на свет не из зародыша и без участия родителей, сходных с ними. Те, кто это утверждает, стали жертвой иллюзии, жертвой неправильно проведенных опытов, где были допущены ошибки, которых они не умели избегнуть».

Дрожжи размножаются почкованием, бактерии – делением (А). Внутреннее тончайшее строение бактерий (Б)

Так Пастер опроверг предположение, что гниющие растворы и настои порождают микробов. Само гниение есть результат жизнедеятельности микробов, попавших извне в благоприятную среду.После опытов Пастера теория самозарождения организмов была похоронена.В 1892 году русский ученый Д. И. Ивановский в труде «О двух болезнях табака» впервые открывает так называемых ультрамикробов, или фильтрующихся вирусов. Ими были названы возбудители многих болезней растений, животных и человека. Вирусы устроены проще, чем любые микроорганизмы, некоторые из них имеют длину от 10 до 100 миллимикронов (тысячная доля миллиметра), то есть по размерам они занимают промежуточное положение между крупными молекулами белков и бактериями, и поэтому проникают через особые фарфоровые фильтры, которые задерживают микробов.Имея весьма простое строение, вирусы, как показали многочисленные опыты возникают лишь от вирусов, то есть при заражении.Таким образом, все известные нам организмы возникают в настоящее время только путем рождения от себе подобных.Когда, как и где началась на Земле жизнь? Эта величайшая проблема еще не решена наукой, но уже многое сделано для ее разрешения, для создания правильной материалистической теории происхождения жизни.В настоящее время уже доказана правильность слов Энгельса о том, что «...жизнь, обмен веществ... есть самосовершающийся процесс, присущий, прирожденный своему носителю – белку, процесс, без которого не может быть жизни»1.

1 Ф. Энгельс. Анти‑Дюринг. М., Госполитиздат, 1953, стр. 77–78.

Биохимия – наука о химическом составе и химических отправлениях организмов – полностью подтвердила положение Энгельса о том, что в основе жизненных явлений лежит обмен веществ белковых и других сложных органических соединений. Белковые тела – носители жизни, без них ее нет – вот основное положение биологии. Они играют основную роль в обмене веществ организма. Прекращение этого обмена ведет к смерти. Возникновение живого белка было великим скачком в развитии материи на нашей планете, началом жизни на ней.Когда началась жизнь на Земле? Это, казалось бы, наиболее легкий из поставленных нами вопросов. Но и на него, к сожалению, точно ответить мы не можем.Самые древние отложения, относящиеся к так называемой архейской эре, не содержат остатков ископаемых организмов. Но это не значит, что жизни в те времена не было. Тогда жили бесскелетные организмы, от которых ничего не могло остаться: ведь в пластах Земли сохраняются, окаменев, обычно только одни скелеты.Это отсутствие ископаемых организмов в самом начале геологической летописи объясняется и другими обстоятельствами. Если в этих пластах когда‑то и были ископаемые, то, находясь на большой глубине, они испытывали давление верхних пластов, соприкасались с изверженной лавой, подвергались воздействию больших температур. Поэтому эти древнейшие пласты претерпели значительные превращения, как говорят геологи, метаморфизировались. Их состав, плотность изменились, и ископаемые в них не могли сохраниться.Древнейшие пласты немы, то есть не несут следов жизни, ничего не говорят о начале и первых путях ее развития. Эти вопросы приходится решать другими путями. Остатки древнейших организмов, в том числе сложного строения, например различных водорослей, губок, членистоногих и других беспозвоночных животных, мы находим в пластах земной коры, возраст которых исчисляют примерно в 700–800 миллионов лет (об исчислении возраста пластов Земли см. стр. 35–40).Итак, если в столь древних пластах мы находим остатки многообразных организмов, то жизнь на Земле началась более миллиарда лет назад, а быть может, и еще раньше.Сейчас многие ученые склоняются к тому, что она началась более двух миллиардов лет назад.Еще труднее ответить на вопросы: как, где и почему началась жизнь на Земле? как и из чего возникли первые живые существа?Эти вопросы в настоящее время решаются целой армией ученых различных специальностей: биологов, геологов, химиков, физиков, астрономов.Очень много сделано для понимания возникновения жизни на Земле советским биохимиком академиком А. И. Опариным.Опираясь на определение Энгельсом жизни как способа существования белковых тел, обладающих обменом веществ, А. И. Опарин предпринял плодотворную попытку воссоздать последовательные этапы возникновения основных органических соединений, из которых состоят живые существа, и в первую очередь белка.Мы уже знаем, что на первобытной Земле были другие, не похожие на современные, условия: иной климат, иная влажность, иной состав воздуха. В те времена могли, очевидно, происходить такие химические процессы, которые теперь в природных условиях уже не происходят. И вот они привели к тому, что на Земле, в каких‑то определенных условиях, в результате сложных превращений частички вещества приобрели особое строение. Они стали живыми.Сейчас мы уже приближаемся к тому времени, когда в наших лабораториях будут воссозданы те условия, в которых когда‑то возникла жизнь.Живые организмы не сразу возникли из неживого, неорганического вещества. Возникновению жизни на Земле предшествовало сложное развитие различных органических соединений.Как же современная наука представляет пути развития материи, прежде чем возникла ее высшая форма существования – жизнь?Академик А. И. Опарин различает три основных этапа в возникновении жизни: 1. Возникновение простейших органических веществ. 2. Возникновение белков. 3. Возникновение сложных белковых тел – первых носителей жизни на Земле.Возникновение простейших органических веществ. Химический состав живой и неживой природы одинаков. Ни в одном из живых организмов не обнаружен элемент, которого не было бы в неживой природе. Из 100 известных элементов 60 уже обнаружены в составе организмов. Тело человека весом около 60 килограммов содержит следующие количества различных веществ (в килограммах): кислорода – 36, углерода – 13, водорода – 5, серы – 1,8, азота – 1,45, кальция – 0,84, фосфора – 0,46, магния – 0,3, натрия – 0,18, калия – 0,15, хлора – 0,13, железа – 0,005, иода и мышьяка – по 0,0001 и еще более малые количества других веществ.Все организмы состоят в основном, помимо воды, из сложных органических веществ: белков, углеводов, жиров и др. Химическую основу их составляют четыре элемента: углерод, водород, кислород и азот в белке.Для органических веществ обязательно наличие углерода. Но углерод может входить и в состав неорганических соединений, например в углекислоту, состоящую из углерода и кислорода, в так называемые карбиды – соединения углерода с металлами, нитриды – соединения углерода с азотом. Сейчас доказано, что простые соединения углерода в виде карбидов, нитридов, а также соединений углерода с водородом – углеводородов (например метана) имеются в атмосфере многих звезд, в том числе и Солнца, на поверхности планет, в составе метеоритов.Следовательно, тогда, когда на Земле еще не было живых существ, на ней происходило и, вероятно, происходит сейчас в глубинных недрах образование простейших органических веществ – углеводородов и их производных. Нитриды под действием паров воды образовали аммиак – соединение азота с водородом, – водный раствор которого называется нашатырным спиртом.Возникновение белков. Следовательно, с самого начала существования Земли на ее поверхности, в атмосфере, в водах находились простейшие органические вещества в виде углеводородов и их соединений с кислородом, азотом и другими элементами. Но в течение длительного времени на Земле не было белков. Однако температура древней Земли, освещение, состав атмосферы и другие условия благоприятствовали образованию белков из простейших органических веществ. Многие углеводороды могли легко соединяться с водой и другими веществами, образуя углеводы (сахар, крахмал) целлюлозу, спирты, жиры. Так могли образовываться органические вещества довольно сложного строения. Примеров таких преобразований простых органических веществ в более сложные можно привести много. Еще в 1814 году петербургский химик Кирхгоф выделил из проросшего ячменя органическое вещество, ускоряющее химическую реакцию в организме, – фермент амилазу. При помощи амилазы ему впервые удалось вне организма превратить крахмал в сахар, то есть совершить процесс, который характерен для живых организмов. В 1824 году немецкий химик Вёлер изготовил щавелевую кислоту, а в 1828 году – мочевину. В 1840‑х годах были получены искусственные жиры. В 1861 году знаменитый русский химик А. М. Бутлеров искусственно приготовил сахар. Раствор формалина, в специальных условиях опыта, он оставлял в теплой известковой воде. Через некоторое время раствор становился сладким. Оказалось, что 6 молекул формалина соединялись между собой в одну более сложную и крупную молекулу сахара.Сейчас получено уже множество искусственных органических соединений. Белковые молекулы состоят из многих тысяч и десятков тысяч атомов. Они построены из отдельных звеньев, так называемых аминокислот. Аминокислоты – это вещества, содержащие азот с относительно простым строением молекулы. Они легко могут выделяться в кристаллическом виде и хорошо поддаются изучению. В настоящее время науке известно около 30 различных аминокислот.Оказалось, что любой белок состоит из аминокислот. Они представляют как бы кирпичи белковых молекул. В последние годы химиками доказано, что аминокислоты могут образовываться из аммиака, водорода, метана и воды в тех же условиях, при которых возникают более простые органические вещества. Аминокислоты способны взаимодействовать друг с другом и давать сложные соединения вплоть до громоздких и разнообразных молекул белков. Из десяти аминокислот возможно образование более 3,5 миллиона белковых молекул – таковы потенциальные возможности их химических связей. В природе существует очень много различных белков. Молекула каждого белка содержит от нескольких сот до нескольких тысяч молекул аминокислот. В состав организма каждого животного входят сотни тысяч различных белков, характерных для данного вида. И все же, несмотря на эти бесконечные комбинации, выражающиеся астрономическими цифрами, биохимики успешно пытаются осуществить синтез белков.Вот почему так трудно изучать химию и свойства белков. Кроме того, аминокислоты в обычных условиях не соединяются между собой. Для того чтобы они могли соединяться друг с другом в так называемые полипептидные цепочки, требуется большое количество энергии. Но наука преодолела и эти трудности. Немецкий ученый Фишер создал неживой белок из 18 аминокислот. Советский физик С. Е. Бреслер использовал для синтеза белковых веществ высокое давление – до 7000 атмосфер. В природных условиях подобное давление было широко распространено как в прошлом, так и в настоящем.Четыре года назад французский химик Реми, производя опыты над новыми видами синтетического волокна, получил вещество, сходное с каротином*, – белком, входящим в состав нашей кожи, волос, ногтей.

* Так в оригинале. Очевидно, имеется в виду белок кератин. – В. П.

Сейчас установлено, что число комбинаций аминокислот определенного белка сравнительно ограниченно. Кроме того, каждая молекула белка представляет собой очень сложную цепь аминокислот, имеющих определенное расположение в пространстве. Поэтому, если биохимик будет наудачу подбирать аминокислоты и создавать из них белок, то создать его будет меньше шансов, чем вновь набрать текст «Евгения Онегина» из рассыпанного типографского шрифта.Следовательно, прежде чем пытаться изготовить определенный вид белка, надо знать, из каких аминокислот он состоит, а также порядок, в котором они соединены. Пока это удалось установить только для некоторых простейших белков. Но успехи науки показывают, что выяснение строения и синтез других белков является лишь вопросом времени. Если будут созданы сложные белки, входящие в состав живой материи, то мы получим экспериментальное подтверждение современных гипотез о происхождении жизни на Земле.Перед наукой встала задача искусственного синтеза белковых тел, наделенных обменом веществ.Как же из белков, растворенных в водах древней Земли, могли возникнуть первые организмы – белковые тела? Это – третий и основной этап возникновения жизни на Земле.Как мы уже говорили, обмен веществ – это основное свойство живой природы любого организма – от бактерии до человека.Каждый организм живет, то есть питается, растет, выделяет негодные вещества, размножается.В каждом организме, в любой его части, идет непрерывная работа – обмен веществ. Непрерывно он получает из окружающей среды питательные вещества и превращает их в вещества своего тела. В этом состоит процесс ассимиляции – одна сторона обмена веществ. Наряду с ним идет обратный процесс – процесс распада вещества – диссимиляция. В организме, особенно молодом и здоровом, эти процессы ассимиляции и диссимиляции идут согласованно, то есть жизнедеятельность протекает нормально.По мере развития строения первичных белковых тел развивался и свойственный им обмен веществ.Возникновение сложных белковых тел, наделенных обменом веществ и способных к воспроизведению себе подобных (размножению), было гигантским скачком в развитии природы от мертвой к живой материи.

Искусственно полученные коацерватные капельки (А) и сложный комплексныйкоацерват (Б). (Фотография сделана под микроскопом)

Как же это произошло? Безусловно, что жизнь возникла в водной среде, вероятно, в некоторых зонах древнего океана или небольших внутриконтинентальных водоемах. В них скорее всего образовались белки. Когда растворы, белков и прочих органических соединений смешивались между собой, происходила коацервация, скопление: возникали полужидкие, студенистые образования, так называемые коацерваты, коацерватные капельки. Таким образом, при смешивании различных белков белковые частицы объединяются в агрегаты, рои, подобные тем, которые образуются при смешивании растворов гуммиарабика и желатина. Когда молекулярные кучи включают в себя много миллионов белковых молекул и достигают большого размера, они становятся видными под микроскопом в виде капелек – коацерватов. Как доказали исследования А. И. Опарина и других ученых, они напоминают некоторыми своими свойствами протоплазму живых существ. Коацерваты уже обладают зачатками сложной внутренней структуры, благодаря чему они поглощают вещества из окружающего раствора. Такое поглощение совершается не механически. Внутри капелек происходят химические реакции. Одни из них могут ослабить коацерват, другие, наоборот, увеличить его объем и вес. Следовательно, идут процессы синтеза, новообразований и процессы распада. Подобный процесс, вероятно, наблюдался и у белков, возникших когда‑то на Земле. Белки, растворенные в водах древней Земли, собирались в подобные коацерватные капельки. Могли возникнуть как «удачные» капельки, в которых процессы созидания шли быстрее, чем процессы распада, так и «неудачные», с преобладанием процесса распада. Первые капельки были наиболее стойкими, «жизнеспособными» в этом гигантском молекулярном растворе.

Прибрежные зоны морей и океанов. Здесь появились древнейшие организмы

Далее возникали все более сложные капельки, лучше приспособленные к питанию и росту. Когда капельки достигали определенного объема, они делились. Вновь образовавшиеся дочерние капельки в наиболее благоприятных условиях продолжали все более и более усложняться. И дальнейший этот процесс усложнения коацерватных капелек привел к возникновению живого вещества белковых тел, имеющих обмен веществ, то есть к возникновению простейших организмов. Итак, жизнь появилась не сразу. Невозможно точно определить тот момент, тот этап, когда капельки коацерватов, простые сгустки белков, превратились в живые существа. Безусловно, что это произошло на основе постепенного накопления изменений и путем дальнейшего скачка к более сложной форме организации материи.Что же представляли собой первичные носители жизни? Ф. Энгельс считал, что они должны были быть бесформенными белковыми образованиями. У одноклеточных организмов имеется, помимо протоплазмы, ядро, оболочки, пигменты и т. д. Даже у бактерии имеется оболочка и зачатки ядра. У первых живых существ не было клеточного строения. Они были близки к вирусам. В течение тысячелетий их строение становилось все сложнее, у них все время изменялось взаимодействие со средой обитания. Некоторые приобретали способность создавать органические вещества из углерода, содержащегося в атмосфере, используя солнечную энергию. Они питались простыми неорганическими веществами. Так появились простейшие растения – сине‑зеленые водоросли, остатки которых находят в наиболее древних отложениях земной коры. Другие живые существа, давшие начало животному миру, продолжали питаться органическими веществами, получаемыми извне: их поставляли им теперь бактерии и водоросли. В дальнейшем благодаря естественному отбору организмы делались все сложнее и сложнее, и постепенно, как увидим далее, возник тот разнообразный мир живых существ, который мы наблюдаем в настоящее время. Об этом рассказывается в следующих главах.Может ли человек создать жизнь и организмы? Весь ход развития науки о жизни показывает, что химики и биологи сумеют, и, возможно, в скором времени, осуществить синтез белков, способных расти за счет окружающей среды и делиться. Быть может, удастся получить искусственно живые организмы типа вирусов или даже простейших бактерий. Для этого необходимо хорошо выяснить строение белков, найти и научиться использовать формы энергии для синтеза белков из более простых веществ. Таким образом, можно искусственно создать жизнь, получить простейшие живые существа. Но мы знаем, что бездонная пропасть отделяет живой белок от первых организмов клеточного строения и, чтобы преодолеть ее, потребовались миллионы лет развития. Еще далее отстоят более высоко развитые организмы, возникшие в результате длительной и очень сложной эволюции. Создать их, конечно, невозможно. Синтез же белков будет иметь громадное значение для улучшения жизни человека.Нам остается ответить еще на один вопрос. Где возникла жизнь? Ученые по‑разному решают эту проблему. О месте зарождения первых форм жизни высказываются две противоположные точки зрения. Многие считают, что жизнь возникла в первичном океане или в некоторых его зонах. Этого взгляда придерживаются академик А. И. Опарин и многие другие ученые зоологи и палеонтологи. Это подтверждается, в частности, тем, что большинство низших организмов, особенно животных, в современную эпоху живут в морях и океанах. Кроме того, в самых древних отложениях земной коры мы не находим остатков наземных растений и сухопутных животных. Другие ученые считают, что жизнь возникла на суше. В мировом пространстве существуют, как уже говорилось, губительные для всего живого космические лучи. Они легко могли проникать через земную атмосферу, пока она содержала мало кислорода, а состояла из водяных паров, углеводородов и аммиака. Поэтому жизнь могла возникнуть только в местах, защищенных от губительного действия космических лучей. Однако вероятно, что и некоторые участки суши могли быть прародиной жизни. Таким образом, вопрос о месте происхождения жизни не ясен. Возможно, что она возникла в воде или во влажной среде, которая облегчала первым организмом усвоение питательных веществ, предохраняла от высыхания и резких колебаний температуры, например в лагунах некоторых зонах замкнутых водоемов, то есть на границе различных географических сред – литосферы, гидросферы и атмосферы. Это подтверждает тот факт, что все древние ископаемые организмы – простейшие, губки, кораллы, водоросли – были обитателями мелководий.

ЛЕТОПИСЬ ЖИЗНИ

Там на неведомых дорожках Следы невиданных зверей...

А. Пушкин

АРХИВ ПРИРОДЫ

Мы узнали, как могла возникнуть жизнь. Но что было дальше, какими путями пошло ее развитие и как возник тот разнообразный растительный и животный мир, который сейчас существует на Земле? По неполным подсчетам, сейчас на Земле существует более миллиона видов животных и более пятисот тысяч видов растений. Кроме того, известно громадное количество ископаемых организмов.Изучение истории человеческого общества, народов, государств возможно лишь на основе исторических документов. Где отсутствуют документы, исторические данные, там нет научного исследования. Изучение истории животного и растительного миров, очевидно, тоже нуждается в исторических документах. Эти документы, конечно, сильно отличаются от тех, по которым познается история человечества. Для ученого, изучающего историю Земли, архивом жизни являются земные недра, в которых сохранились документы прошлого Земли и жизни на ней. В земных пластах можно найти окаменевшие следы, которые показывают, что происходило на этом месте тысячи или миллионы лет назад. Ученые читают беспристрастные записи на лике Земли. Следы капель дождя и волн, работу ветров и льда. Они восстанавливают моря, реки, болота, озера и пустыни прошлого. На поверхности Земли все время происходят изменения. Земная кора колеблется, в одних местах понижаясь, в других поднимаясь. Поэтому изменяются очертания морей, океанов и суши. В одних местах происходит разрушение пластов земной коры, в других, наоборот, образуются толщи осадков. И, наконец, – и это самое важное – в пластах сохранились остатки живых существ, обитавших в давно прошедшие времена. Палеонтология ставит своей задачей выявить историю растений и животных. Благодаря ей мы можем составить ясное представление о тех обитателях Земли, которые жили до появления человека. В течение миллионов лет бесчисленное множество организмов исчезло с лица Земли. Большинство из них сгнило, не оставив никаких следов в земных пластах. Другие сохранились в виде ископаемых остатков, причем некоторые очень хорошо, так что мы можем детально изучить их строение и восстановить образ жизни и условия, в которых они жили.О значении палеонтологии для изучения истории жизни более 100 лет назад образно писал А. И. Герцен:«Мир прошедший, покорный мощному голосу науки, поднимается из могилы свидетельствовать о переворотах, сопровождавших развитие поверхности земного шара; почва, на которой мы живем, эта надгробная доска жизни миновавшей, становится как бы прозрачною; каменные склепы раскрылись; внутренности скал не спасли хранимого ими. Мало того, что полуистлевшие, полуокаменелые остовы обрастают снова плотью, палеонтология стремится раскрыть закон соотношения между геологическими эпохами и полным органическим населением их»1.

1 А. И. Герцен. Письма об изучении природы. Полн. собр. соч. т. IV, стр. 165.

Таким образом, пласты земной коры – это архив прошлой жизни и найти его можно везде. Мы видим его по обрывам рек и морей, в каменоломнях и шахтах, и, наконец, лучше всего он открывает перед нами свои сокровища, когда мы специально ведем раскопки ископаемых растений и животных. Советский палеонтолог профессор И. А. Ефремов в последние годы детально разработал учение о сохранении в ископаемом состоянии организмов далекого прошлого, назвав эту отрасль палеонтологии тафономией (учение о захоронении) от греческих слов «тафо» – могила, захоронение, и «номос» – закон.Как же и в каком виде доходят до нас остатки организмов прошлого? Это происходит по‑разному. Прежде всего ископаемые не всегда бывают окаменелостями, как принято считать. Встречаются остатки растений и животных, особенно недавно живших, которые незначительно изменились. О таких случаях мы потом расскажем. Обычно же и растения и животные очень редко сохраняются в полном своем виде. Чаще всего находят отдельные их части: скелеты, кости, зубы, раковины, куски стеблей, листья и т. п.Изредка встречаются окаменевшие мягкие ткани животных – кожа, мышцы или сухожилия. О бесскелетных животных, например медузах, мы можем судить лишь по отпечаткам их тел. Могут также сохраняться следы ползания, хождения и т. д.

Коренной зуб мамонта

Как же происходит окаменевание? Воздух, вода, микроорганизмы – основные разрушители животных и растений, в которых жизненные процессы прекратились. Упавшее дерево или лист, умершее на открытом месте дикое животное, например птица или заяц, под влиянием дождя, ветра, химических воздействий окружающих веществ, в особенности кислорода и микробов, в скором времени уничтожаются. Их органическое вещество распадается на составные элементы, которые уходят в окружающую их среду. Следовательно, после смерти организма тело его, как правило, быстро сгнивает.Представим себе, что лист упал в озеро или тихий залив реки. Он опускается на дно и покрывается гравием, илом или песком. На песчаном грунте или толще гравия лист вряд ли сохранится, так как эти грунты пористы и легко пропускают воду. А в воде растворен воздух, поэтому она содействует разрушению растительных и животных веществ. Если же лист попадет в тонкий ил, который покроет его сверху, он может сделаться ископаемым. С течением времени рыхлый ил затвердеет и превратится в глину, в которой останется тонкий отпечаток листа. Многие тысячелетия остатки организмов будут сохранять первоначальный вид или только слегка изменятся. В обычном каменном угле, представляющем большие скопления остатков растительности далекого прошлого, растения под давлением лежащих выше слоев и под влиянием различных химических процессов обуглились.Раковины, кости и другие твердые части животных имеют больше шансов на сохранение, чем листья, насекомые и остатки организмов со слабым скелетом.

Насекомые в янтаре (окаменевшей смоле)

В разных слоях Земли находят разное количество ископаемых. Бывают слои, в которых их совсем нет, а других они встречаются изредка, и есть слои, переполненные остатками организмов. Такие слои можно сравнить с огромными кладбищами. Эти кладбища почти всегда «водные», то есть они образовались на дне рек, озер, морских побережий. Организмы, попадавшие в захоронения таких «кладбищ», или жили в воде, или попали туда после смерти. Чаще всего встречаются разнообразные водоросли, раковины, скелеты кораллов, кости позвоночных животных.Известняк, мел и другие осадочные породы, образовавшиеся на дне морей, по сути представляют собой спрессованные, сцементированные скопления остатков различных, преимущественно мелких, морских организмов. Из таких горных пород, образованных в основном раковинами морских животных, построены, например, египетские пирамиды, а также многие здания городов Одессы, Каира, Севастополя и многих других.Очень редко ученые находят скелеты или их части в естественном положении. Чаще части скелета разрознены: череп сломан или раздроблен, кости ног, ребер перемешаны, зубы выпали из челюстей. Чтобы понять, почему так происходит, надо представить себе, как идет разложение трупа животного после его смерти. Если животное пало в лесу, в поле, его труп вскоре загнивает, все мягкие части уничтожаются мелкими и крупными падалеедами. Кости белеют на солнце, становятся хрупкими и превращаются в пыль. От животного не остается и следа. То же происходит и в пустынной местности, хотя гниение трупа и разрушение костей идет медленнее и кости могут сохраниться дольше. До нас дошли остатки некоторых животных, погребенных под песками пустынь и сухих степей. Чаще и лучше всего кости, так же как и другие части организмов, сохраняются, как мы уже говорили, в воде, на дне различных водоемов. Это происходит обычно так. Падая на дно, животные начинают разлагаться, в них накапливаются газы, вспучивающие труп, который всплывает. Плавающий по воде труп постепенно распадается, разваливается на куски, которые скапливаются и захороняются в местах, куда их сносит течение. Если же труп выкинут на берег, то он быстро сгнивает, частично уничтожаясь трупоедами. Но иногда труп животного или часть его «удачно» попадает на дно и окаменевает, претерпев много изменений, в том числе химических.Во время массовой гибели при стихийных бедствиях скапливается множество погибших животных, которые в дальнейшем окаменевают.Значительные скопления цельных скелетов и отдельных костей разыскиваются «охотниками за ископаемыми» – палеонтологами – и раскапываются ими. К настоящему времени палеонтологи открыли много таких крупных местонахождений ископаемых животных в различных местах Земли, относящихся к различной геологической давности. Много их найдено и на территории нашей страны. Замечательное «кладбище» древних земноводных и пресмыкающихся, живших около 200 миллионов лет назад, было обнаружено в 1897 году на берегу Северной Двины профессором В. П. Амалицким. Отложения, в которых найдены кости, представляют осадки одного из рукавов обширной дельты реки, протекавшей на месте Северной Двины в верхнепермскую эпоху. В более тихих широких руслах отлагались глинистые осадки, в более быстрых протоках – песчаные слои. Сюда сносились трупы и кости наземных животных, ветви и листья растений. Вокруг костей песок уплотнялся, образовав конкреции, или стяжения, крепкого песчаника, охватывавшего кости, как футляром. В течение почти 20 лет вел В. П. Амалицкий раскопки открытого им кладбища и примерно столько же лет велась препаровка – очистка от породы – костных остатков. Добытая таким образом коллекция древних четвероногих обитателей Земли, состоящая из двадцати полных или почти полных скелетов, многих черепов, костей различных пресмыкающихся и земноводных, составляет ценную галерею Палеонтологического музея Академии наук СССР в Москве. Много ископаемых животных находят исследователи на территории Молдавии, южной Украины, Кавказа, Казахстана; там обнаружено много местонахождений ископаемых млекопитающих, о которых мы будем далее говорить.

Раскопки на реке Иртыше у г. Павлодара. «Кладбище»носорогов, жираф и других млекопитающих в третичных отложениях

На просторах Центральной Азии в прошлые геологические эпохи происходило развитие разнообразных позвоночных животных. Начиная с середины мезозойской эры и до наших дней, то есть в течение почти 150 миллионов лет, эта область земного шара не покрывалась морем и была местом накопления осадков. В громадных озерах и реках древней центральноазиатской суши отлагались илистые, песчано‑глинистые и другие осадки, превращавшиеся со временем в глины, песчаники, конгломераты. В эти осадки попадали трупы животных, окаменевшие скелеты, которые сохранились на многие миллионы лет. В настоящее время осадочные толщи, содержавшие остатки организмов, подвергаются размыву реками, потоками и стали вскрытыми, рассеченными на различную глубину. Поэтому в Центральной Азии, особенно в пустыне Гоби и прилегающих районах, есть много местонахождений ископаемых позвоночных. Уже сейчас там раскопано много удивительных пресмыкающихся: динозавров, различных древних млекопитающих и других животных и растений.В заключение остановимся на редких случаях сохранения цельных трупов и мягких частей животных. Цельные трупы животных сохранялись лишь тогда, когда они оказывались либо вмерзшими в лед, либо покрытыми нефтью, солью, смолой, вулканическими извержениями, то есть при полном отсутствии доступа воздуха и воды, или с помощью так называемой сухой мумификации.Трупы мамонтов, покрытых шерстью носорогов, бизонов и других зверей, населявших Европу, Северную Азию и Америку несколько десятков и сотен тысяч лет назад, в эпоху великого похолодания, обычно подвергались процессу гниения, и от них сохранялись иногда лишь окаменелые кости. В Сибири многочисленные трупы мамонтов, носорогов иногда замораживались, и таким образом некоторые из них дошли до нас. Срываясь с крутых обрывов рек и проваливаясь в прибрежный ил, труп животного быстро окутывался слоем льда и замораживался. Так, например, сохранился труп мамонта, найденный в 1901 году на реке Березовке (притоке Колымы) и привезенный затем в Петербург. Чучело этого мамонта, а также отдельные его органы хранятся до наших дней в Зоологическом музее Академии наук СССР в Ленинграде. Сохранившиеся во льду трупы мамонтов и волосатых носорогов всегда покрыты длинной и густой шерстью красновато‑коричневатого цвета. Сохранились глаза, язык, мышцы и даже содержимое желудка и пища, застрявшая между зубами. Это позволило установить, что мамонты питались хвоей, молодыми побегами и листьями ивы, березы и т. п. Даже мясо таких замороженных тысячелетиями животных не испортилось и хорошо поедается волками, лисицами.

Чучело мамонта в Зоологическом музее Академиинаук СССР в Ленинграде

Чучело волосатого носорога из отложений озекерита в Старуни

В 1907 году в Старуни (ныне Станиславская область УССР) был обнаружен прекрасно сохранившийся труп молодого носорога, заключенный в горный воск (озекерит). Еще ранее в Америке близ города Лос‑Анжелоса в Калифорнии в старинном высохшем болоте, где добывали асфальт, обнаружили громадное скопление костей и трупов животных, которые там уже давно не живут.В 1938 году в Бинагады близ Баку в залежах битума (натеки окислившейся нефти) обнаружено громадное «кладбище» животных и растений четвертичного периода. В результате многолетних раскопок здесь добыты многочисленные остатки носорогов, диких лошадей, быков, кабанов, благородных оленей, пещерных медведей, львов, гиен, волков, различных грызунов, разнообразных птиц, насекомых и растительности.Условия захоронения на Бинагадинском «кладбище» сходны с условиями известного «кладбища» Ранчо ля Бреа в Калифорнии. На поверхность асфальтового озера попадали птицы, грызуны, насекомые; прилипнув к нефти, они не могли оттуда выбраться и погибали. Истомленные жаждой приходили из степи различные травоядные звери, которые также гибли, увязая в асфальте. Их трупы привлекали хищников, которых постигала такая же судьба.Так образовался богатейший естественный музей, который позволяет нам нарисовать картину жизни среднечетвертичного времени на Апшеронском полуострове.В местностях с очень сухим и жарким климатом, как, например, в больших африканских пустынях, встречаются нередко ссохшиеся трупы животных, у которых хорошо сохранились кожа, остатки мышц и пр. Так сохранились и человеческие трупы без принятия каких‑либо специальных мер в Египте, средиземноморских странах и других местах, где были благоприятные условия для образования мумий.За последние годы также были открыты ископаемые мумии животных. Известны мумии гигантских ленивцев из Южной Америки, динозавров из Северной Америки и других животных.Известны прекрасно сохранившиеся остатки и других древних животных: медуз, насекомых, птиц с перьями, летающих ящеров и т. д.Интересный материал для изучения сохранения ископаемых остатков дают известные пещеры Киево‑Печерской лавры. Первые пещеры там были вырыты людьми 15–20 тысяч лет назад для жилья. В середине XI века в районе двух больших пещер был основан Печерский монастырь. С древнейших времен и до середины XVII века пещеры были кладбищем. Среди погребенных в пещерах покойников некоторые, захороненные в более благоприятных условиях, высохли без гниения, мумифицировались. В 1643 году мумифицированные трупы были названы «святыми мощами», потому, что считались останками «святых». Впоследствии число их значительно увеличилось. Хотя в 1939 году специальной комиссией из археологов, антропологов, историков выяснено, что многие мощи – фальшивые и что в некоторых гробницах вовсе отсутствуют высохшие тела, все же были обнаружены и мумии. Как это объяснить?Высыхание трупов без разложения, иногда наблюдающееся в природе, – естественное явление. Оно происходит там, где нет гнилостных бактерий – главных виновников гниения. Они не размножаются в условиях постоянной температуры, сухого воздуха, в мягких, пористых осадках. Именно такие условия и наблюдаются в лаврских пещерах: температура в них зимой и летом почти одинакова – 10–12 градусов тепла, мощные слои пористых лёссовых грунтов гигроскопичны, хорошо обеспечивают сухость и циркуляцию воздуха. Вот почему часть погребенных тел высохла, мумифицировалась. И это природное явление было искусно выдано духовенством за «божье чудо» и использовано для поддержания религии, для обмана народных масс.Подобные естественные мумификации человеческих трупов известны в катакомбах Гванахванто в Мексике, в Риме и ряде других мест, где хорошо сохранилось множество высохших тел умерших.Мы познакомились с главнейшими путями образования и сохранения палеонтологических памятников. Большинство исторических документов животного и растительного миров было уничтожено теми же силами, которые беспрерывно действуют на Земле, разрушая и сглаживая поверхности материков.Имеющиеся в нашем распоряжении документы неполны. Они представляют лишь бесконечно малую долю того, что уже уничтожено и что еще скрыто в недрах Земли. Многое, к сожалению, уничтожено и людьми, недооценивающими этих документов. Но и то, что сохранилось, вместе со знанием и пониманием разнообразного мира ныне живущих растений и животных дает нам очень много для изучения истории жизни на Земле.

МЕТОДЫ НАУКИ

Итак, в недрах Земли сохранились остатки животных и растений прошлого. По этим остаткам мы можем сказать, что это были за существа, где и как они жили, каков был их облик. Более того, мы можем говорить, как и почему они изменялись, как происходило развитие жизни на Земле и как изменялась сама Земля в течение тысяч и миллионов лет.Представьте себе, что геолог находит в земных слоях, например в подмосковном известняке, остатки кораллов. О чем же говорит эта находка? Во‑первых, о том, что на территории Подмосковья было прежде море, а не суша. Во‑вторых, климат был более теплым, чем теперь. В‑третьих, море было мелководное, так как кораллы не живут на большой глубине. В‑четвертых, море было весьма соленым, так как в опресненных морях кораллов обычно мало. Хорошо изучив строение кораллов, можно сделать и другие выводы.Так остатки организмов дают возможность восстанавливать прошлое Земли. Очень важно и практическое значение палеонтологии. Ископаемые организмы дают возможность устанавливать относительную хронологию земной коры, географию древней Земли, что позволяет ориентироваться не только в истории Земли, но и в поисках полезных ископаемых и в первую очередь угля, нефти, некоторых стройматериалов, руд и т. п. Но можно ли по разрозненным остаткам организмов восстановить их вид, строение, образ жизни и даже историю? На первый взгляд кажется, что ответить на подобные вопросы невозможно, а значит, невозможно и восстановить прошлую жизнь.Но, оказывается, это не так.Мы можем сейчас по скелету и другим сохранившимся частям животного (кожа, мускулы, некоторые части внутренностей) восстановить не только его облик, но и образ жизни. Даже по части скелета (черепу, челюсти, костям ног) позвоночного животного многое можно рассказать о его строении, образе жизни, а также о ближайших родственниках, как среди ископаемых, так и современных. Для этой цели есть различные методы.В начале прошлого столетия выдающийся французский естествоиспытатель Жорж Кювье (1769–1832) своими трудами положил начало палеонтологии и сравнительной анатомии.Следует отметить, что еще в 1714 году, задолго до открытия официального основателя палеонтологии Кювье, Петр I при создании Кунсткамеры, из которой развились все естественно‑исторические музеи Академии наук, издал указ об организации сбора в Кунсткамеру различных материалов, способствующих познанию природы, в том числе остатков ископаемых животных. Петр велел выяснить, какому животному принадлежат «Мамонтовы рога» (то есть бивни).Так начались в России первые палеонтологические сборы.Рисунки зубов и челюстей мамонта, сделанные в Сибири одним из посланных на обследование помощников Петра, подали Кювье мысль о различиях между современными и ископаемыми животными и толкнули его на изучение ископаемых позвоночных. В 1757–1759 годах М. В. Ломоносов в замечательной работе «О слоях земных» дал в художественной форме картину заключения в янтарь (окаменевшую смолу) насекомых. В чередовании слоев с остатками раковин и с остатками наземных растений он видел смену различных периодов жизни Земли, явления отступания и наступания моря и выдвинул идею об огромной длительности геологических периодов.Одно из основных выдвинутых Кювье положений гласит, что организм представляет собой связное целое, в котором отдельные органы не могут меняться, не вызывая изменения других.Это положение можно подтвердить многими примерами. Ограничимся одним: у слона есть хобот, с помощью которого он достает с земли и деревьев пищу, и очень короткая шея. Если бы хобота не было, то для того чтобы доставать землю, а стало быть, иметь возможность существовать, должно было произойти удлинение шеи, что и наблюдается у многих копытных млекопитающих.Другой основной метод назван Кювье «законом соотношений органов». Приведем примеры, поясняющие его.Хищные млекопитающие имеют на ногах когти, а травоядные – копыта. У обеих групп этих животных разный тип строения черепа, зубов, каждой отдельной кости скелета. Хорошей иллюстрацией этого закона соотношений служит следующий забавный анекдот. Один из учеников Кювье, желая его напугать, нарядился диким зверем и забрался к нему в спальню. Подойдя к кровати, он произнес глухим голосом: «Кювье, Кювье, я пришел съесть тебя!» Кювье увидел какое‑то страшное животное, но с рогами и копытами, и заметил: «Как! Рога, копыта... Травоядное... Ну, ты не съешь меня». Зная строение, например, зубов, которые часто встречаются в ископаемом виде, можно представить строение челюстей, черепа, конечностей, желудка и т. д.Немецкий поэт Гете, который был и выдающимся натуралистом, выразил этот закон так: «Ни у одного животного, верхняя челюсть которого вся усажена зубами, нет на лбу рогов. Мать‑природа бессильна создать рогатого льва». Кювье достиг большого искусства в реставрировании животных по отдельным частям скелета. Это дало возможность составить более или менее отчетливое представление не только о внешнем облике вымерших животных, но даже о внутреннем строении, образе жизни и среде, в которой они обитали.В 70‑х годах прошлого века выдающимся русским палеонтологом‑дарвинистом Владимиром Онуфриевичем Ковалевским был основан эволюционный палеобиологический метод изучения истории развития животного и растительного мира в связи с изменением среды.В чем суть этого метода изучения истории организмов?В. О. Ковалевский, изучая остатки (кости, скелеты), восстанавливал мускулатуру и весь облик вымершего животного. Сравнивая родственных животных, живших в разное время и в различных условиях, Ковалевский устанавливал причины, вызвавшие то или иное изменение строения организма, происхождение одних групп животных от других.Ковалевским, например, было твердо установлено, что широкое распространение степей, начавшееся несколько миллионов лет назад, привело к изменению пищи, а следовательно, зубов, черепа, конечностей и других органов у животных, питавшихся травой.Облик ископаемого животного, особенно позвоночного, может восстанавливаться довольно детально. По скелету, форме и мощности отдельных костей (по характеру мест прикрепления мышц) восстанавливается мускулатура. По сохранившимся черепам и отливам их внутренних полостей можно превосходно изучать внешнюю форму мозга.Так, существуют особые отрасли палеонтологии, как, например, палеомиология, изучающая мускулатуру, и палеоневрология, изучающая нервную систему ископаемых животных. На рисунке дан пример детального восстановления облика древнего гигантского ископаемого носорога.Наско