Страница 27 из 50
Эта идея о гравитации как важном факторе эволюции с большим трудом пробивала себе дорогу в науке. Лишь в 1960 г. была опубликована обстоятельная монография В.Я. Бровара[31], где на примере сельскохозяйственных животных анализируется связь строения их тела и гравитации. По мнению В.Я. Бровара, масса животного как механическая система не изолирована, она зависит от масс других тел, и в первую очередь, конечно, от массы нашей планеты. Сила тяжести, несомненно, влияет на возникновение и изменение многочисленных структурных и функциональных биологических особенностей любого живого существа нашей планеты.
Не только в работе самого В.Я. Бровара, но и в трудах советского биолога профессора П.А. Коржуева связь гравитации и эволюции показана на конкретных примерах[32]. Так, например, в эпоху появления первых наземных животных природа поставила естественный эксперимент. Из водной среды, где тяготение ослаблено (точнее, вес уменьшен), животные перешли на сушу, в условия воздушной среды и максимального проявления гравитационного поля. Это вызвало перестройку всего их организма, и в первую очередь способов дыхания и передвижения. Когда некоторые группы млекопитающих (китообразные и др.) вернулись к водному образу жизни, т. е. перешли в условия уменьшенного веса, это сказалось и на их морфологии, и на физиологии.
У позвоночных животных в преодолении гравитации основная роль принадлежит скелету. Он обеспечивает механическую прочность организма и уровень его энергетических затрат. Но главное приспособление к новой среде при выходе позвоночных на сушу — образование в костях костного мозга, очага синтеза гемоглобина. Почему синтез гемоглобина в прежних органах (селезенка, почки), пригодных для обитателей морей, при выходе их на сушу был заменен синтезом в костном мозгу? В воде вес животного меньше, чем на суше, а в земных условиях животное должно не только передвигаться, но и поддерживать тяжесть своего тела, т. е. преодолевать гравитацию, что требует гораздо больших затрат энергии. Такие затраты не могли обеспечить почки и селезенка, но вполне обеспечил их костный мозг. Отсюда следует, что чем более активно наземное позвоночное животное, тем больше у него должно быть костного мозга и тем тяжелее скелет.
Мощные рога диких высокогорных баранов нужны им прежде всего как богатые поставщики гемоглобина, крайне необходимого в разреженной атмосфере. По тем же причинам скелет млекопитающих в период внутриутробного развития весит относительно значительно больше, чем у взрослых животных. Наоборот, у китообразных скелет и костный мозг развиты весьма умеренно. Вообще в ходе эволюции наземных позвоночных животных масса костного мозга неизменно возрастала, достигнув у птиц и млекопитающих огромных величин (до 13 % массы тела!).
В ходе эволюции биосферы менялся климат Земли и в целом, и в отдельных районах. Многократно наступали эпохи большего или меньшего оледенения. Они сменялись периодами влажными и теплыми. Вместе с тем много раз отступало и наступало море, утихала или, наоборот, усиливалась вулканическая и тектоническая деятельность. Вообще периодизация геологической истории, ее разделение на эры и периоды, связана с периодическими колебаниями тектонической и вулканической активности Земли и климата. Легко проследить, что именно к этим критическим моментам в эволюции Земли, отмеченным границами геологических эпох, приурочены главные этапы видообразования и коренного обновления флоры и фауны нашей планеты. В частности, и появление человека произошло во время последнего крупного четвертичного оледенения.
Случайны ли все эти связи? Вряд ли. Хотя биосфера эволюционирует по внутренним, присущим ей законам, внешние резкие перемены среды, по-видимому, стимулируют скачкообразные переходы органического мира с одного уровня развития на другой. Но если колебания климата и ныне и в далеком прошлом связаны с солнечной активностью, то тогда и в эволюции биосферы Солнце выступает как великий дирижер. Как увлекательна должна быть та, еще не написанная книга, где ход эволюции биосферы увязан с многоритмичными колебаниями солнечной активности, где регулирующая роль Солнца будет прослежена во всех деталях!
То, что колебания солнечной активности весьма заметно отражаются в жизни современной нам биосферы, не подлежит сомнению. Даже человек не освободился пока от вредных солнечных влияний и в колебаниях частоты заболеваний многими болезнями (грипп, тиф, энцефалит и др.) проглядывают солнечные ритмы. Так как в периоды повышенной солнечной активности размножение микроорганизмов усиливается, можно думать, что в органогенных осадках прежних эпох удастся проследить отражение солнечных циклов. Если это предположение подтвердится детальными исследованиями литологов, то гипотеза о связи ритма эволюционного процесса с солнечными ритмами получит опытное подтверждение. Пока же эта гипотеза имеет не только сторонников, но и противников, считающих, что в эволюции Земли и ее биосферы влияние Солнца или ни в чем не выразилось, или по крайней мере было несущественным.
Живое вещество и биосфера
Мы уже много раз употребляли этот образный термин «живое вещество», введенный в науку В.И. Вернадским. Под «живым веществом» он понимал совокупность всех живых организмов Земли, всю их суммарную живую массу. Не следует путать «живое вещество» Земли с ее биосферой — особой земной оболочкой, в которой существует и действует «живое вещество» и где проявляется его влияние. Кроме живого вещества в состав биосферы входит «биогенное вещество», т. е. органоминеральные, или органические, продукты, созданные «живым веществом» (например, каменный уголь, битумы, горючие газы, нефть). Есть и третий компонент биосферы — «биокосное вещество», созданное живыми организмами вместе с неживой природой. Таковы, скажем, биогенные осадочные породы, кислород, частично, может быть, азот атмосферы и т. п.
«Живое вещество» Земли в настоящую эпоху представлено почти тремя миллионами видов животных, растений, микроорганизмов. Хотя на долю растений приходится «всего» 300 тыс. видов, именно растения благодаря фотосинтезу служат основой биосферы Земли. Из трех составляющих «живое вещество» микроорганизмы наиболее устойчивы к крайне суровым условиям внешней среды. Споры некоторых бактерий, например, остаются живыми в жесточайшем вакууме (10-15 МПа), синезеленые водоросли великолепно себя чувствуют в активной зоне ядерных реакторов. Многие микроорганизмы, а также некоторые насекомые и высшие растения остаются жизнестойкими даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Живые бактерии встречаются на дне океана, внутри земной коры, в стратосфере — на высоте 20 км. Благодаря микроорганизмам создается впечатление, что жизнь — явление очень стойкое и почти ничто (кроме высоких температур в сотню градусов и выше) не может убить живое. Правда, животные и растения, особенно высшие, значительно уступают в стойкости вездесущим микроорганизмам.
Общая «биомасса» всей суши составляет примерно три биллиона (2,7×1012) тонн. Из них на долю почвенных микроорганизмов приходится около миллиарда тонн. Общая масса животных суши не превышает 3 % от массы наземных растений (кстати сказать, по массе позвоночные составляют всего около 1 %.) Хотя в суммарной биомассе суши преобладает биомасса древесных сообществ, наибольший эффект в создании плодородия почв принадлежит почвообразующим бактериям и травянистым растениям. К сожалению, мы не можем пока достаточно уверенно распространить эту статистику на обитателей морей и океанов: изучение океанских глубин только начинается.
Одно из характерных свойств «живого вещества» — это накопление и сохранение в своей биомассе энергии солнечного излучения. Именно эта солнечная энергия преобразуется в энергию органических соединений, в конечном счете в энергетическую базу жизни. Присутствие «живого вещества» придает энергетическим явлениям на поверхности Земли своеобразный оттенок. В ходе эволюции «живое вещество» Земли четко разделилось на два яруса. Нижний ярус образуют автотрофные организмы, извлекающие необходимые для жизни энергию и вещество непосредственно из неорганической среды. Таковы, например, почти вся растительность, анаэробные бактерии и т. п. Организмы второго, верхнего, яруса называются гетеротрофными. Они питаются существами нижнего яруса (растениями) или себе подобными гетеротрофами (таковы все хищники). Микроорганизмы могут быть и авто- и гетеротрофными. В конечном же счете, повторяем, жизнь Земли черпает свою энергию от Солнца. Накопленная «живым веществом» энергия по праву может быть названа свободной. Всякие действия живых существ есть проявление этой свободной энергии. Она же особенно ярко проявляет себя в размножении всего живого, в этом саморасширяющемся процессе самовосстановления. Как уже говорилось, источником энергии всех процессов, происходящих в биосфере, служит Солнце — его свет и тепло, а также другие виды солнечных излучений. Живые организмы, как подчеркивал В.И. Вернадский, превращают эту космическую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим обменом веществ, своею смертью и своим размножением, постоянным использованием своего вещества, а главное — длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением и размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы. Этот великий планетарный процесс, по учению В.И. Вернадского, есть миграция химических элементов в биосфере, движение земных атомов, непрерывно длящееся больше двух миллиардов лет согласно определенным законам.
31
См. Бровар В.Я. Сила тяжести и морфология животных. — М.: Наука, 1960.
32
См. Коржуев П.А. Эволюция, гравитация, невесомость. — М.: Наука, 1971.