Страница 8 из 9
С другой стороны, возможно и совершенно иное объяснение происхождения сложных органических молекул. Простые органические соединения типа формальдегида имеются в межзвездной пыли – частицах углерода, образующихся при взрывах звезд. Молекулы этих органических веществ могли аккумулироваться на частицах и постепенно объединяться в длинные химические цепочки сложных органических молекул, которые представляют собой первый шаг в химии живого. Газ, выделившийся из звезд, может содержать кислород, углерод и азот. Если в нем больше кислорода, чем углерода и азота, могут формироваться органические молекулы типа полисахаридов (простые сахара). Если преобладающим элементом является азот, более вероятно образование нуклеиновых кислот и хлорофилла – воспринимающего энергию вещества зеленых растений. Под воздействием сил гравитации межзвездная пыль может собираться в сгустки и при стечении обстоятельств попадать на околосолнечную орбиту в виде комет. Если такая комета столкнулась с Землей в ранние эпохи ее формирования, что более чем вероятно, межзвездные органические молекулы могли попасть на поверхность нашей планеты.
В эпоху, предшествовавшую времени точных научных исследований, человек верил, что Земля в том виде, в котором он ее знал, и все живые существа, которые были ему знакомы, являлись результатом единственного сверхъестественного акта творения, произошедшего в определенное время в сравнительно недавнем прошлом. Ископаемые морские животные, найденные на суше вдали от моря и позже признанные свидетельством значительных изменений в очертаниях суши и моря, были объявлены результатом карающего потопа.
Как бы то ни было, очевидно, что горячие моря на жаркой поверхности Земли 4500 млн лет назад содержали сложные органические молекулы, необходимые для построения и развития живых существ.
Первым объектом на Земле, который точно мог бы называться живым, была молекула с уникальной способностью к самовоспроизведению. Для этого она должна быть способной разрушать сложные молекулы вроде полисахаридов и использовать их составные части для построения собственной зеркальной копии. Любая особенность исходной молекулы, помогавшая ей в решении данной задачи, повышала бы ее шансы на выживание, и такая особенность могла сохраняться в процессе самовоспроизведения. Любая особенность, которая замедляла этот процесс, вела бы к вымиранию молекулы. Эволюция началась.
Такая деятельность продолжалась до тех пор, пока исходные полисахариды, находившиеся в «первичном бульоне», не оказались полностью израсходованы. Дальше протоорганизмы могли бы остаться без пищи, если бы не выработали способность самостоятельно синтезировать органику из неорганических веществ, используя солнечную энергию. Этот процесс, известный как фотосинтез, стал возможным благодаря наличию молекул хлорофилла.
Со временем в объект репликации стало включаться больше одной сложной молекулы – так появилась компактная органическая структура, известная как клетка. Некоторые из наиболее примитивных клеток не имели центрального ядра – места, где находится репродуктивный аппарат клетки (вместо этого данная функция была рассеяна по цитоплазме). Также существовали клетки с ядрами, у которых было гораздо большее будущее; в ходе эволюции мелкие клетки вошли в состав более крупных, оставаясь в них для выполнения каких-то жизненно важных межклеточных функций. Постепенно возникли более сложные образования, состоящие больше чем из одной клетки, и каждая клетка стала играть свою, особую роль в поддержании жизни всего объединения. В процессе эволюции появился организм.
Эволюция первых многоклеточных организмов могла идти по одному из двух возможных путей. Свободноживущие клетки разных типов могли объединяться в одну структуру, или же клетки переставали полностью обособляться в процессе деления и сохранялись вместе как единое целое. Но каким бы ни был путь их возникновения, эти многоклеточные организмы должны были быть более успешными, нежели сумма их частей: в ином случае они бы не выжили.
Клетки многоклеточных организмов не одинаковы – у них различающиеся функции в зависимости от того, какие ткани и органы они образуют. У более высокоорганизованных форм жизни некоторые из них являются строительными элементами, подобно клеткам костной ткани. Другие, такие как клетки крови, обеспечивают защиту от болезней и перенос питательных веществ, тогда как, скажем, нервные клетки образуют системы органов чувств и связи в организме. Дифференциация клеток в большинстве случаев происходит на стадии зародыша. Вначале все его клетки одинаковы. Исходная оплодотворенная яйцеклетка делится на две дочерние клетки, а те – на четыре, и так до тех пор, пока не образуется несколько сотен одинаковых клеток. В определенный момент развития зародыша эта стадия прекращается и образуются специфические клетки, предназначенные для выполнения определенных ролей в организме. Как происходит эта дифференциация клеток, неясно. Все ядра клеток содержат одинаковую генетическую информацию, но только часть ее используется при образовании новой клетки. Какие-то внутриклеточные факторы, вероятнее всего находящиеся внутри клеточного ядра, должны определять, какая часть генетического кода используется для построения новой клетки, таким образом, чтобы она могла выполнять присущую ей функцию.
Подходящие условия в атмосфере и на поверхности делают возможным существование жизни на планете, лежащей в пределах пояса вокруг Солнца, который называется экосферой. Этот пояс начинается чуть ближе орбиты Венеры и заканчивается за орбитой Марса. Меркурий, где максимальная температура на поверхности достигает +370 °C, слишком горячий, чтобы поддерживать существование жизни, а внешние планеты, становясь все холоднее вплоть до Нептуна, где максимальная температура ниже −200 °C, чересчур холодны.
Ранние формы жизни
В ранних океанах процветали одноклеточные и многоклеточные существа, растения и животные. Растения могли поглощать солнечную энергию и фотосинтезировать пищу из неорганического материала. Животные, неспособные самостоятельно производить пищу с помощью солнечного света, получали энергию, поедая растения. Это отличие в способах питания является основным между растениями и животными и отражается на строении и физиологии этих двух типов организмов. У растений, нуждающихся только в солнечном свете и неорганических веществах, нет необходимости передвигаться, оказавшись в благоприятных условиях, поэтому их клетки твердые и имеют жесткие стенки. У них есть плоские поверхности, поглощающие энергию (листья), которые направлены в сторону солнца, и удерживающие структуры (корни) – они поглощают питательные вещества и предохраняют растение от сдувания ветром или смывания водой. С другой стороны, животные в большинстве случаев должны передвигаться с места на место, поэтому у них в процессе эволюции выработались более гибкие клеточные стенки и система мускулов, делающие возможным передвижение. У животных развились органы чувств и нервная система, при помощи которых они оценивают окружающую обстановку и передают сигналы мускулам.
Геометрия самого тела животных связана с их способностями к передвижению. Те из них, кто не являются почти бесформенными, малоподвижными комками, фильтрующими пищу из проходящего течения воды, обладают либо радиальной, либо двусторонней симметрией.
Баланоглосс (Balanoglossus spp.) (В) – это полухордовое, промежуточная стадия между беспозвоночными и хордовыми – группой, которая включает позвоночных. Сходство между личинками баланоглосса, морской звезды (A) и голотурии (Б) – а обе последние являются иглокожими – может означать происхождение хордовых от беспозвоночных предков.