Первые живые существа

Вполне возможно, что первые живые организмы были не похожи на существующие ныне. Некоторые весьма примитивные красные бактерии заключают в себе молекулы размером с вирус, которые имеют в своем составе нуклеотиды и энзимы. Эти молекулы могут вырабатывать для себя органическую пищу, используя энергию Солнца. Такое обстоятельство дает нам все основания называть их живыми созданиями, однако существовали ли столь малые организмы самостоятельно, неизвестно. Возможно, первыми живыми организмами были бактерии. Это наименьшие и наипростейшие организмы, которые несомненно можно назвать живыми существами, хотя они не принадлежат ни к растительному, ни к животному миру. На пространстве, занимаемом точкой в конце этого предложения, могла бы уместиться не одна тысяча таких бактерий или микробов.

Но, что бы собой ни представляли эти первые организмы, у них не было иного источника пищи, кроме океанического бульона, из которого они сами возникли. Все существующие ныне одноклеточные могут ассимилировать, или "пожирать", ниже организованные органические вещества. Следовательно, именно эта способность и должна была появиться у первых живых организмов прежде всего. Ввиду отсутствия кислорода для них оставался единственный способ расщеплять органическую пищу, чтобы получать энергию для выполнения своих жизненных функций, - ферментация, или брожение. При этом процессе простые молекулы, как, например, молекулы сахара, соединяются с водой и образуют двуокись углерода и некоторые кислоты, такие как алкоголь. Последние заключают в себе меньше энергии, чем первые, и эта-то разница и представляет собой энергию, используемую организмом, осуществляющим ферментацию.

Некоторые существующие ныне бактерии и дрожжи могут жить подобным образом при отсутствии кислорода. Однако ферментация- расточительный и неэффективный процесс, при котором для получения небольшого количества энергии используется значительное количество органического вещества. Отсюда следует, что первые организмы и их потомки стали "пожирать" пищу гораздо быстрее, чем она воссоздавалась неорганическими веществами. Они жили "в кредит".

Однако прежде чем запасы пищи иссякли, некоторые организмы обрели пигментную окраску, а вместе с ней - способность непосредственно использовать энергию Солнца. Сначала эта энергия шла только лишь на то, чтобы быстрее усваивать органические вещества, что еще более усугубляло пищевой дефицит. Но поскольку такая способность давала огромное преимущество перед прочими организмами, пигментированная группа обогнала в своем развитии остальных обитателей океана. Со временем эти организмы обрели новый чудесный пигмент - хлорофилл (что по-гречески означает "зеленый лист"). Это химическое вещество позволило им использовать солнечную энергию для того, чтобы самим изготавливать себе пищу из двуокиси углерода, воды и иных неорганических веществ. Такой процесс называется фотосинтезом, что означает "соединение с помощью света". Без этого процесса жизнь, какой мы ее знаем, была бы невозможна.

Первые организмы, обладающие способностью к фотосинтезу, стали родоначальниками всех видов трав, деревьев и морских водорослей. Лишь зеленые растения способны вырабатывать составные части всего живого - протеины, углеводы и жиры, - используя элементы, находящиеся в воде, почве и воздухе.

Всякое животное обязано своим существованием - прямо или косвенно - именно этим растениям.

Фотосинтез не только избавил живые организмы от необходимости зависеть от пищи, создаваемой океаном, он изменил состав земной атмосферы и дал источник энергии, необходимой для дальнейшей эволюции жизни. Когда растения производят сахар и крахмал путем сочетания углерода, извлеченного из двуокиси углерода, с водородом, находящимся в воде, в качестве отхода выделяется кислород. До возникновения растений на Земле существовало лишь ничтожное количество свободного кислорода, образовавшегося в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей, разлагавших молекулы водяного пара на водород и кислород. С появлением же растений большая часть углекислого газа, находящегося в воздухе, была поглощена и заменена кислородом. По подсчетам ученых, благодаря фотосинтезу весь кислород, находящийся в нашей атмосфере, обновляется каждые 2000 лет. Углекислый же газ, считают они, заменяется каждые 300 лет. Таким образом, весь кислород и углекислый газ, которыми мы дышим, неоднократно поглощались и снова выделялись ранее жившими организмами.

По мере того как количество кислорода в первобытной атмосфере увеличивалось, кислород, находившийся в верхних слоях атмосферы, подвергался воздействию ультрафиолетовых лучей и превращался в особо активный вид кислорода - озон. Со временем появился значительный слой озона, который поглощал ультрафиолетовую радиацию и препятствовал проникновению ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли. Таким образом, источника энергии, который бы способствовал дальнейшему образованию органических веществ, более не существовало, но, поскольку живые организмы научились сами производить такие вещества, эта потеря на них не сказалась. Наоборот, факт этот способствовал возникновению более сложных и хрупких форм жизни. Ведь ультрафиолетовые лучи не только способствуют образованию органических соединений, но могут и расщепить их. Если бы мы не имели озонового щита, находящегося на высоте 15 миль над нашими головами, то солнечные лучи убили бы нас и большинство других высших животных. Но даже и те ослабленные ультрафиолетовые лучи, которым удается достичь земной поверхности, могут причинить нам болезненные ожоги.

Хотя фотосинтез позволил растениям самостоятельно вырабатывать себе пищу, но для того, чтобы получать из нее энергию, им по-прежнему приходилось расщеплять ее посредством малоэффективной ферментации. Более экономичным способом оказалось "сжигание" пищи путем соединения ее с кислородом. При таком холодном горении, или "окислении", выделяется в 30 раз больше энергии, чем при ферментации, иначе говоря, почти вся энергия, содержавшаяся в соединении. При наличии кислорода живым организмам оставалось только научиться использовать его, что было лишь вопросом времени. Те организмы, которым удалось это сделать, получили огромное преимущество перед организмами, которые этого не сделали и оттого со временем канули в вечность.

Фотосинтез в сочетании с ферментацией сделали жизнь самоподдерживающимся процессом. Фотосинтез в сочетании с окислением, или дыханием, обеспечил организмы дополнительными запасами энергии, которые стали использоваться для обеспечения новых форм деятельности организмов.

Одной из новых форм поведения живых организмов стала привычка пожирать друг друга. Это избавило ряд организмов от необходимости вырабатывать для себя пищу. Клетки животных могли возникнуть или независимо от растительных клеток, или в результате эволюции таких растений-"каннибалов". И поныне существуют одноклеточные организмы, которые могут получать питание как с помощью фотосинтеза, так и хищнически атакуя другие фотосинтезирующие организмы. Злоупотребляя этим свойством, подобные организмы, возможно, утратили свой хлорофилл и стали жить лишь за счет растений и себе подобных организмов.

Как давно это произошло? По мере накопления сведений и технических знаний возраст жизни все более увеличивается, исчисляясь уже не тысячелетиями и не миллионами, а миллиардами лет. В 1965 году группа ученых из Калифорнийского университета потрясла весь научный мир открытием, что живые организмы населяли Землю почти на миллиард лет ранее, чем до тех пор полагали. В породах, образовавшихся 2,7 миллиарда лет назад, они обнаружили молекулы, входившие в состав живых организмов, а точнее, как полагают исследователи во главе с доктором Мелвиллом Калвином, в состав примитивных хлорофилловых растений - сине-зеленых водорослей. Они нам знакомы: это скользкая зеленоватая плесень, которая в тихих затонах плавает на поверхности воды, покрывает камни и сваи. Эти водоросли - наиболее примитивные растения из всех, что существуют ныне. Они настолько древние, что структуры, находящиеся внутри их клеток, как бы свалены в одну кучу, а не обособлены друг от друга, как у более высоко организованных растений.

Глыбы породы были привезены из северной части штата Миннесота; возраст их был определен путем измерения уровня их радиоактивности. Исследователи использовали самые разнообразные химические и физические методы для того, чтобы обнаружить эти молекулы. Удивительно то, что организмы, обладающие способностью к фотосинтезу, были, вероятно, распространены еще 2,7 миллиарда лет назад. Хотя сине-зеленые водоросли находятся на самой нижней ступени лестницы эволюции, фотосинтез - весьма сложный процесс, для возникновения которого понадобилось, должно быть, чрезвычайно много времени - один, а то и целых два миллиарда лет. В том же 1965 году двое ученых из Гарвардского университета обнаружили следы еще более ранних примитивных живых организмов, сходных с нынешними бактериями-палочками. Они нашли их в Южной Африке - в глыбах, чей возраст насчитывал 3 миллиарда лет. Это может означать, что жизнесозидательные процессы начались вскоре после рождения нашей планеты, около 4,5 миллиарда лет назад.

Доктор Калвин и его сотрудники намерены искать следы живых организмов в самых древних на нашей Земле породах - в гранитных валунах в Южной Африке, чей возраст насчитывает 3,3 миллиарда лет. А по словам доктора Бернала, жизнь могла возникнуть даже ранее самых древних пород на земной поверхности. Он допускает возможность возникновения органических молекул в первородном пылевом облаке, из которого образовались планеты.

А вот что пишет в своей замечательной книге "Возникновение жизни на Земле" Опарин: "Современный процесс эволюции живых существ в принципе представляет собой не что иное, как ряд дальнейших звеньев той непрерывной цепи превращений материи, начало которой уходит к наиболее ранним стадиям существования Земли" (А. И. Опарин. "Возникновение жизни на Земле". Изд. АН СССР, М., 1957. (Прим. перев.)).