Современная геология о строении и эволюции Земли

3)  Благодаря обеспечиваемой водяным экраном равномерной температуры первоначальная Земля характеризовалась очень большой влажностью, но осадки при этом не выпадали.

4)  Окружающий Землю слой воды мог фильтровать вредоносное космические излучение, пронизывающее земную атмосферу. Этот слой мог пропускать длинноволновое излучение, но не пропускал коротковолновое, например, ультрафиолетовые лучи, водный экран функционировал так же, как озоновый слой функционирует теперь, защищая Землю от коротковолнового излучения. Кстати, воду используют и сегодня как надежный экран для защиты живых существ от неблагоприятных воздействий радиоактивного материала на атомных исследовательских установках. Коротковолновое излучение чрезвычайно опасно для жизни. Кроме того, что оно вызывает дегенеративные генетические изменения в хромосомах клеток, оно ускоряет процесс старения. Мы должны признать, что под защитой окружавшего Землю экрана растения, люди и животные были намного крупнее, здоровее, сильнее и жили дольше.

Достоверность любой модели или теории может быть оценена  только в свете наблюдаемых фактов. Мы рассмотрели некоторые основные условия среды, которые создавал слой водяного пара, окружавший Землю. Обратимся теперь к некоторым  фактам, подтверждающим достоверность  модели экранированной Земли.

2.2 СУБТРОПИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ  ОТ ПОЛЮСА ДО ПОЛЮСА

"Экранная" модель предполагает  возможность существования субтропической  жизни от полюса до полюса  как результат одинаковых температурных  условий на всей поверхности  планеты. Существуют ли какие-нибудь  свидетельства, указывающие на  то, что в прошлом жизнь существовала  именно в подобных условиях? Изучение  окаменелостей дает нам многочисленные  примеры существования организмов  в далеком прошлом. И становится очевидно, что климатические условия на Земле первоначально были совершенно иными, чем в наши дни. Например, на северной конечности острова Ванкувер в Канаде были найдены окаменелые отпечатки листьев пальмы. Эти листья были обнаружены в вулканической породе, что говорит о том, что они оказались в куске лавы в результате вулканического извержения. Субтропическая растительность такого типа не растет в этом районе сегодня. Очевидно, что в северной части планеты в прошлом климат был совершенно иным.

Можно обратиться еще к  одному району, Новосибирским островам на севере России, за Полярным кругом. На территории этих островов повсюду  были обнаружены остатки тропических  лесов, гигантские плодовые деревья  с вмерзшими в лед зелеными листьями и плодами, а также останки  мамонтов и других млекопитающих. Об этих находках сообщалось в книге  Чарльза Г. Хэпгуда "Тайны замерзших мамонтов".  На Шпицбергене, в северной части Норвегии, также за Полярным кругом, расположен еще один район, в котором сохранились свидетельства субтропической жизни. Дональд Гаттен в книге "Библейский Потоп и ледниковая эпоха" пишет о пальмовых листьях длиной от десяти до двенадцати футов, найденных в окаменелом состоянии вместе с различного рода окаменелостями субтропических морских животных.  Многочисленные находки, указывающие на то, что в прошлом жизнь в высоких широтах была совершенно иной, нежели в наши дни, обнаружены на Аляске. В марте 1972. года журнал "National Geographic" опубликовал интересную статью об аляскинской тундре. В этой статье рассказано об останках гигантских верблюдов, львов, лошадей, мамонтов, тигров, ленивцев и бизонов, вмерзших в слои льда и ила. Эти животные не живут сегодня на Аляске, но факты говорят о том, что они жили там в прошлом.  В южном полушарии, у самого Южного полюса, были найдены окаменелые остатки пышных лесов со стволами деревьев диаметром более трех футов. Об этом рассказано в книге Хукера "Эти удивительные ледниковые эпохи". Приведенные примеры еще раз подтверждают модель экранированной Земли. В прошлом растительная и животная жизнь существовала от полюса и до полюса.

2.3 ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ  НА ПЛАНЕТЕ

Существуют и другие представления  о возникновении нашей планеты  и жизни на ней. Вот одно из них. Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эволюция химического  состава атмосферы, в конечном итоге  приведшая к образованию ряда органических молекул. Эти молекулы впоследствии послужили как бы "кирпичиками" для образования живого вещества. По современным данным планеты образуются из первичного газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и звёзд, первоначальная их атмосфера состояла в основном из простейших соединений водорода - наиболее распространённого элемента в космосе. Больше всего было молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того, первичная атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало, так как они в своё время диссипировали (улетучились) в межпланетное пространство, как и многие водородсодержащие соединения. Однако, по-видимому, решающую роль в установлении состава земной атмосферы сыграл фотосинтез растений, при котором выделяется кислород. Не исключено, что некоторое, а может быть даже существенное, количество органических веществ было принесено на Землю при падениях метеоритов и, возможно, даже комет. Некоторые метеориты довольно богаты органическими соединениями. Подсчитано, что за 2 млрд. лет метеориты могли принести на Землю от 108 до 1012 тонн таких веществ. Также органические соединения могут в небольших количествах возникать в результате вулканической деятельности, ударов метеоритов, молний, из-за радиоактивного распада некоторых элементов. Имеются довольно надёжные геологические данные, указывающие на то, что уже 3.5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны возраст земной коры оценивается геологами в 4.5 млрд. лет. Жизнь должна была возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Согласно недавней оценке американского специалиста по планетной астрономии Сагана, жизнь на Земле возникла 4.0-4.4 млрд. лет назад. Механизм усложнения строения органических веществ и появление у них свойств, присущих живому веществу, в настоящее время ещё недостаточно изучен, хотя в последнее время наблюдаются большие успехи в этой области биологии. Но уже сейчас ясно, что подобные процессы длятся в течение миллиардов лет. Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других органических соединений - это ещё не живой организм. Можно, конечно, предположить, что при каких-то исключительных обстоятельствах где-то на Земле возникла некая "праДНК", которая и послужила началом всему живому. Вряд ли, однако, это так, если гипотетическая "праДНК" была вполне подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов. Думать, что чисто случайно, путём "перетряхивания" отдельных белков - многоатомных молекул, могла возникнуть такая сложнейшая машина, как "праДНК" и нужный для её функционирования комплекс белков-ферментов - это значит верить в чудеса. Однако можно предположить, что молекулы ДНК и РНК произошли от более примитивной молекулы. Для образовавшихся на планете первых примитивных живых организмов высокие дозы радиации могут представлять смертельную опасность, так как мутации будут происходить так быстро, что естественный отбор не поспеет за ними. Заслуживает внимания ещё такой вопрос: почему жизнь на Земле не возникает из неживого вещества в наше время? Объяснить это можно только тем, что ранее возникшая жизнь не даст возможность новому зарождению жизни. Микроорганизмы и вирусы буквально съедят уже первые ростки новой жизни. Нельзя полностью исключать и возможность того, что жизнь на Земле возникла случайно. Существует ещё одно обстоятельство, на которое, может быть, стоит обратить внимание. Хорошо известно, что все "живые" белки состоят из 22 аминокислот, между тем, как всего аминокислот известно свыше 100. Не совсем понятно, чем эти кислоты отличаются от остальных своих "собратьев". Нет ли какой-нибудь глубокой связи между происхождением жизни и этим удивительным явлением? Если жизнь на Земле возникла случайно, значит, жизнь во Вселенной редчайшее (хотя, конечно, ни в коем случае не единичное) явление. Для данной планеты возникновение особой формы высокоорганизованной материи, которую мы называем "жизнью", является случайностью. Но в огромных просторах Вселенной возникающая таким образом жизнь должна представлять собой закономерное явление. Надо ещё раз отметить, что центральная проблема возникновения жизни на Земле - объяснение качественного скачка от "неживого" к "живому" - всё ещё далека от ясности. Недаром один из основоположников современной молекулярной биологии профессор Крик на Бюраканском симпозиуме по проблеме внеземных цивилизаций в сентябре 1971 года сказал: "Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании".

Однако, 3 мая 1924 г. на собрании Русского ботанического общества молодой  советский ученый А.И. Опарин с дерзостью, присущей молодости, позволил себе с  новой точки зрения рассмотреть  проблему возникновения жизни. Его  доклад "О возникновении жизни" стал исходной точкой нового взгляда  на вечную проблему "откуда мы пришли?".

Опарин выступил с утверждением, что принцип Реди, вводящий монополию биотического синтеза органических веществ, действует лишь в современную эпоху существования нашей планеты. В начале же своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотические синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Постепенно происходило усложнение этих соединений и превращение их в протобионты (доклеточные предки живых организмов). В результате появились первичные живые существа. Иными словами, в раннюю геологическую эпоху было возможно абиогенное происхождение жизни. А.И. Опарин рассматривал появление жизни как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли химической эволюции, перешедшей на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию. Исходя из теоретических предположений, он экспериментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси первичной атмосферы Земли, содержащие пары воды, аммиака, циана, метана и др., произошло появление аминокислот, нуклеотидов и их полимеров. Данные органические соединения накапливались и концентрировались в "первичном бульоне океана", после чего часть из них дала начало коллоидным системам, которые он назвал коацерватными каплями, которые и стали предками живых организмов на Земле. Существенной особенность коацерватов была способность поглощать из окружающей среды различные органические вещества, т.е. они осуществляли первичный обмен веществ со средой, а это - одно из важнейших свойств и условий жизни. Далее, по убеждению Опарина, начал действовать естественный отбор, способствовавший "выживанию" наиболее устойчивых коацерватных систем. По сути, эти системы были примитивными белками.

Пять лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты  английским ученым Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна является попытка объяснить возникновение жизни в результате химической эволюции на первичной Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в которой образовался "первичный бульон", а кроме того, и роль энзимов - органических молекул, которые многократно ускоряют нормальный ход химических процессов. В дополнение к этому Холдейн впервые высказывает идею, что первичная атмосфера на Земле, "вероятно, содержала очень мало или вообще не содержала кислорода".

Согласно Дж. Берналу, "труд Опарина содержит в себе основы новой программы химических и биологических исследований". Идеи Опарина вдохновили многих ученых на новые целенаправленные исследования, результаты которых начинают открывать тайну жизни - эту мучительную и сладкую загадку для человека.

Ученики и последователи  А.И. Опарина - Стэнли Миллер и Орджел продолжили его исследования и в результате проведенных экспериментов синтезировали простые нуклеиновые кислоты, сахара и другие вещества в смоделированных условиях существовавших на ранней Земле.

Сильные и слабые стороны  концепции А.И. Опарина

Сильной стороной концепции  является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой  зарождение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональные особенности.

Слабой стороной концепции  является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных  органических соединений к живым  организмам, ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так  и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения  коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического  кода. Иными словами, без реконструкции  эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложную проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем Руденко, молекулярной биологии, а также синергетики и кибернетики не получится.

Большинство современных  специалистов убеждены, что возникновение  жизни в условиях первичной Земли  есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых  и самых распространенных во Вселенной  атомов.

Исключительное морфологическое  разнообразие жизни (микроорганизмы, растения, животные) осуществляется на единообразной  биохимической основе: нуклеиновые  кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько  более редких соединений типа фосфатов.

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, - это  углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и  наиболее распространенные во Вселенной  элементы, что обусловлено самой  природой этих элементов. Например, атомы  водорода, углерода, "кислорода и  азота имеют небольшие размеры  и способны образовывать устойчивые соединения с двух- и трехкратными связями, что повышает их реакционную  способность. Образование сложных  полимеров, без которых возникновение  и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими.

Другие два биогенных  элемента - сера и фосфор - присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов  также дают возможность образования  кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор - составная  часть нуклеиновых кислот.

Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в малых количествах  участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие  следы алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена; следует отметить и  некоторые исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных количествах.

Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 химическими элементами, которые  вместе с шестью основными биогенными элементами участвуют в различных  соотношениях в строении и осуществлении  функций живых организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношениях:

1) как доказательство  единства происхождения жизни  и

2) в том, что сама  жизнь, являющаяся результатом  самоорганизации материи, включила  в эволюцию биологических макромолекул  не только все самые распространенные  элементы, но и все атомы, которые  особенно пригодны для осуществления  жизненных функций (например, фосфор, железо, йод и др.). Как отмечает  советский ученый М. Камшилов, "для осуществления функций жизни важны химические свойства ее атомов, к которым, в частности, относятся квантовые особенности". Не только структура, обмен веществ, но даже и механические действия живых организмов зависят от составляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь может быть сведена просто к химическим закономерностям.

Жизнь - одно из сложнейших, если не самое сложное явление  природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более высоких  уровней ее организации обусловлены  строением более низких уровней.

Современная теория происхождения  жизни основана на идее о том, что  биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом  неорганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей  обобщенной схемой: атомы - простые  соединения - простые биоорганические  соединения <=> макромолекулы - организованные системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной системе, когда образовались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное состояние - нуклеосинтез - быстро переходит в процесс образования химических соединений. Этот процесс протекает в условиях первичной Земли со все нарастающей сложностью, обусловленной общекосмическими и конкретными планетарными предпосылками.