Две линии жизни

Живая природа на Земле представлена растениями и животными. Основное отличие их друг от друга состоит в характере питания или, можно сказать, в характере обмена веществ с окружающей их внешней природой. Растения поглощают из воздуха углекислый газ, а воду и растворённые в ней различные минеральные соли - из почвы. Соответственно изменяя и сочетая эти вещества, растения строят из них своё тело, используя в качестве первоисточника энергии для этой работы световую энергию солнечных лучей. Таким образом, растения обладают способностью из простых, неорганических веществ созидать весьма сложные органические соединения, такие, как белки, жиры, сахар, крахмал и многие другие. Животные же обязательно нуждаются для своего питания в готовых сложных органических веществах: они поедают тела растений или других животных.

Правда, и среди растений есть немало таких, которые питаются, подобно животным, органической пищей,- это грибы и большинство бактерий. Одни из них поселяются на мёртвых телах растений и животных или на продуктах растительного или животного происхождения.

Такие растительные организмы называются сапрофитами, Другие же грибы и бактерии требуют сложных органических веществ живых организмов. Это будут паразиты. Есть небольшое число сапрофитов и паразитов и среди других растений - среди водорослей и цветковых растений. Но всё же самой характерной чертой, отличающей растения от животных, является способность к самостоятельному (автотрофному) питанию первых и зависимому от веществ, выработанных другими организмами (гетеротрофному) питанию у вторых^*.

^*(Автотрофный- от греческих слов аутос - сам и трофейн - питать. Гетеротрофный - от гетерос - иной и тpoфейн - питать.)

Эти две линии в развитии органической жизни привели к настоящему времени к двум обширным царствам природы - растительному миру, насчитывающему свыше 300 тысяч видов, и животному миру, насчитывающему свыше миллиона видов (по количеству видов больше всего насекомых).

Как растения, так и животные смогли приспособиться к самым различным условиям внешней среды на нашей планете. В воде океанов и морей, озёр и рек, в полярных и тропических зонах, в знойных пустынях и на холодных высокогорьях, на разных глубинах в почвах - всюду встретим мы представителей как растительного, так и животного мира. Изменяясь в соответствии с меняющимися условиями внешней среды, органический мир достиг огромного разнообразия растительных и животных форм: от мельчайших, невидимых даже в микроскоп, одноклеточных микробов и протистов до сложно построенных цветковых растений и млекопитающих животных.

Многие из возникших в древние времена животных и растений обитают на Земле и в настоящее время, но большинство из них уже вымерло. Сравнительное изучение ныне живущих растений и животных, среди которых встречаются самые различные по своему строению и образу жизни, от очень простых до очень сложных, позволяет в известной степени восстанавливать картину того, как шло развитие органического мира на нашей планете. Этому сильно помогает, а иногда является и основным методом изучение ископаемых остатков организмов и следов их былой деятельности.

Что такое каменный уголь? Это остатки растений, которые жили на Земле примерно 250-300 миллионов лет до нашего времени. За этот период времени они не истлели потому, что эти растения обитали в составе лесов на болотистых местах, и, когда дерево падало, оно погружалось в воду или илистую почву и это предохраняло древесину от разложения, так как в этих условиях не могли развиваться микроорганизмы, разрушающие растительные остатки. Таким образом, росшие на протяжении многих миллионов лет леса оставили после себя богатейшее наследство в виде окаменелых остатков, которыми человечество всё больше и больше пользуется в качестве топлива. По таким окаменелым остаткам можно восстановить не только общий облик когда-то живших на земле растений (рис. 1), но, рассматривая под микроскопом тоненькие пластиночки (шлифы), сделанные из различных частей этих растений, можно узнать, из каких тканей и клеточек были построены их органы (рис. 2).

Рис. 1. Семенной папоротник - растение, жившее около 300 миллионов лет назад (изображено по сохранившимся в окаменевшем состоянии частям)

Подобным же образом, как в виде каменного угля, сохранились остатки растений и многих видов животных, если они после своей смерти оказывались в неблагоприятных для разложения условиях. Например, сохранилось немало семян, цветков, различных насекомых и небольших кусочков тел растений и животных в янтаре, т. е. в смоле, выделявшейся древними хвойными растениями. Если в такую смолу попадали мелкие живые существа или указанные части растений, то они прекрасно консервировались и в таком виде сохранились до наших дней (рис. 3).

Рис. 2. Анатомическое строение корня каламита (древовидного хвоща), жившего около 250 миллионов лет назад (шлиф при рассматривании в микроскоп)

Рис. 3. Цветок корицы, сохранившийся в янтаре (справа), увеличенный цветок (слева)

Ещё чаще бывало так. Тело растения или животного истлевало рано или поздно, но сохранялся отпечаток его на засыпавшей его той или иной горной породе, например на известняке или песчанике. На этих отпечатках имеются многие детали, позволяющие видеть форму и строение когда-то живших на земле организмов (рис. 4). Эти свидетельства жизни на нашей Земле очень много помогают науке восстанавливать ход истории органического мира^*. Однако нежные первичные организмы, в виде которых зародилась жизнь на земле, не могли сохраниться в ископаемом виде. Не могло сохраниться значительное большинство и из живших позднее растений и животных, как в силу не подходящего для возможности возникновения окаменелости или отпечатка построения их тела, так и из-за отсутствия условий для предохранения тела умершего организма от разложения. Поэтому первые следы возникновения жизни на Земле и первые шаги её по пути развития уже давно стёрты.

Рис. 4. Отпечаток листа папоротника

^*(Учёные, изучающие по ископаемым остаткам историю органического мира, признают, что жизнь зародилась в архейскую эру, отдалённую от нас, по мнению некоторых из них, более чем на миллиард лет. За ней следовала палеозойская эра, когда органический мир был представлен самыми разнообразными типами водных и наземных растений и животных. За палеозоем следовала мезозойская эра и, наконец, кайнозойская, современная нам. Каждая из названных эр включает ряд эпох. В целом история Земли за время развития на ней растительного мира может быть представлена следующей схемой:)

Растительный мир

В то же время, как ни просто устроены некоторые из ныне живущих низших представителей органического мира, они неизмеримо сложнее первичных белковых комочков, возникших на заре жизни. И когда мы касаемся вопроса о возникновении жизни, о возникновении растительного и животного мира, нам остаётся путь косвенных доказательств, вытекающих из добытых передовой наукой знаний общих и частных закономерностей живой материи и её изменений в процессе длительного исторического развития.

Какая же из двух линий развития жизни - растительная или животная - является более древней, какая из них была характерной для первых появившихся на нашей планете живых существ?

Живая материя возникла из неживой как крупнейший скачок в развитии природы. Невольно напрашивается мысль, что растительные формы, для которых мёртвая неорганическая природа, самые простые неорганические соединения являются первоисточником жизни и будут первичной линией в развитии жизни. Возникновение живой материи в этом случае можно толковать как возникновение растительного мира с его характерной особенностью самостоятельного питания неорганическими веществами. Животный же мир с этой точки зрения нужно рассматривать как боковую ветвь, в какой-то исторический период вышедшую из растительного мира. Характерный для животных обмен веществ, при котором в качестве первоисточника жизни необходимы готовые органические питательные вещества, мог возникнуть в качестве приспособления к питанию теми веществами, которые вырабатывались самими растениями, т. е. в качестве приспособления к сапрофитному или паразитному образу жизни.

С таким представлением о первичности организмов, питающихся за счёт неорганических веществ из окружающей их природы, т. е. о первичности растительной формы существования живой материи, соглашаются многие из современных биологов. Большинство из них рисует образ первичных живых существ подобным ныне живущим, самостоятельно питающимся бактериям, некоторые же рисуют его подобным сине-зелёным водорослям. И бактерии и сине-зелёные водоросли принадлежат к организмам, в клетке которых еще нет обособленного ядра. Академик В. Л. Комаров, признававший самостоятельно питающихся бактерий наиболее близкими к первичным организмам, писал в своей книге "Происхождение растений": "Здесь и крайняя простота структуры (капля живого вещества без разделения на ядро и протоплазму), и крайне примитивный образ жизни, развивающейся в минеральных растворах, иногда даже без помощи кислорода воздуха и без какой бы то ни было необходимости в предсуществовании других организмов. Единственное условие, которое они ставят окружающему их миру, это наличие таких веществ, которые могли бы дать материал для экзотермических реакций, т. е, химических реакций, обусловливающих переход потенциальной энергии в динамическую и её освобождение; проще сказать, реакций, сопровождающихся выделением тепла"^*.

^*(В. Л. Комаров, Происхождение растений, Изд. АН СССР, М. - Л., 1943, стр. 28.)

Действительно, факты жизненной деятельности таких бактерий очень убедительно говорят в пользу признания их близкими к первичным организмам: из окружающей природы им нужны самые простые неорганические вещества - закись железа, сероводород, аммиак, водород и т. п.; эти вещества, поглощённые организмом, подвергаются простой окислительной реакции, при которой выделяется тепловая энергия, используемая на созидание органических веществ тела бактерии. (Организмы, у которых в процессе созидания органического вещества участвует полученная химическим путём энергия, называются хемотрофными, и самый процесс созидания, синтеза органических веществ таким путём называют хемосинтезом.) В пользу близости самостоятельно питающихся бактерий к первичным организмам говорит также и то, что среди них есть формы, могущие жить без доступа кислорода, так называемые анаэробы, а сейчас хорошо известно, что до появления растений в атмосфере Земли не было кислорода. Кроме того, некоторые из бактерий могут обитать в горячих источниках при температуре до 70° и даже выше, т. е. при такой температуре, которая, можно предполагать, была на Земле, когда появились первые живые существа.

Сине-зелёные водоросли также устроены очень просто и во многом подобны бактериям; некоторые из них обитают в горячих источниках. Но, в отличие от подавляющего большинства бактерий, у всех этих водорослей имеются пигменты - красящие вещества, пропитывающие протоплазму, от которых и зависит их сине-зелёная окраска^*. Одним из них будет зелёный пигмент - хлорофилл, важнейший в растительном мире пигмент, от которого зависит основная, зелёная окраска растений. Есть у этих водорослей и синий пигмент, который в той или иной степени маскирует зелёную окраску.

^*(Здесь и в дальнейшем мы говорим лишь о таких красящих веществах - пигментах растительных организмов, которые играют роль в фотосинтезе. В растительном и животном мире, кроме этих пигментов, есть много и других, от которых зависит окраска тех или иных органов.)

Вся важность пигментов в растительном мире состоит в том, что при посредстве их улавливается световая энергия Солнца. Эту энергию и используют растения при созидании из неорганических веществ - углекислого газа и воды - первичных органических соединений. Такой процесс называют фотосинтезом (фотос - свет).

И тем не менее вся логичность признания первичности питания организмов неорганическими веществами является лишь кажущейся. Конечно, и самостоятельно питающиеся (автотрофные) бактерии и сине-зелёные водоросли должны быть отнесены к древнейшим типам растений, но нельзя видеть в них образ первичных организмов, возникших на Земле.

В свете новейших исследований вопроса о возникновении жизни, среди которых наиболее важное место занимают работы советских биологов - академика А. Н. Баха, профессора В. О. Таусона и особенно академика А. И. Опарина, нужно признать, что первичным было питание органическими веществами. Чтобы лучше понять, как и когда могли возникнуть питающиеся неорганическими веществами организмы, т. е. растения, мы должны кратко сказать об условиях обмена веществ у первичных организмов, опираясь на изложение этого вопроса академиком А. И. Опариным.