Статья с канала «Космическое путешествие» на яндекс-дзене.
Содержание:
Земля – единственная известная нам живая планета. Оптимальное расстояние от светила – не слишком жарко и не слишком холодно, наличие жидкой воды и атмосферы – эти факторы стали благоприятными условиями для возникновения и развития жизни на нашей планете. Но так ли это просто – тепло, свет, воздух, вода – и появляются живые организмы? Что нужно, чтобы там, где нет ни одной живой клетки, вдруг взялся организм, пусть даже – простейший?
У наших предков ответ на этот вопрос был простым: все живое создал бог. Вплоть до XIX века «божественная» теория была основной. Революцию в этом вопросе произвел Чарльз Дарвин, опубликовав в 1859 году свою книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», где описал процесс эволюции земной жизни. В отличие от других эволюционистов, Дарвин сумел доказать реальность изменчивости видов в природе, благодаря его работе сошли на нет идеи о строгом постоянстве видов. Однако на вопрос «откуда взялась первая живая клетка» четкого, доказанного ответа нет до сих пор. Попробуем разобраться – почему этот вопрос так сложен и что говорят о возникновении жизни современные ученые.
Во времена Дарвина еще не существовало ни микробиологии, ни микроэлектроники, и живую клетку представляли довольно просто: некая оболочка с водой и протоплазмой внутри:
Так, в упрощенном виде, ученые XIX века представляли живую клетку. Картинка из открытых источников
Появление такой клетки в океане из неживых материалов считалось простым процессом, для которого не требуется каких-то особых условий, нужны только вода, солнечный свет, тепло, воздух – и появляется простейшая жизнь.
В наши дни известно, что внутри даже самой простейшей живой клетки происходит множество биологических процессов. Для её функционирования нужны белки и аминокислоты, которые представляют собой весьма непростые молекулярные структуры, каждая из которых не является живой, вместе они обеспечивают рост, движение, метаболизм и размножение:
Теперь мы знаем, что живая клетка — это сложный механизм. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Каждый компонент этой фабрики сделан из больших сложных молекул, и наиболее многочисленные из них – это белки. Молекула белка состоит из сотен (!) более мелких молекул, называемых аминокислотами. В живых организмах обнаружено 20 типов аминокислот, и они образуют более 100 тысяч различных типов белков с определенной химической структурой:
Аминокислоты. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Формирование белка начинается, когда строго определенные аминокислоты собираются в единую цепочку – это процесс, который часто сравнивают с группировкой букв в осмысленные слова и предложения:
Построение белка из аминокислот. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Если все эти отдельные «строительные блоки» расположены правильно, то цепочка сворачивается в белок, полностью готовый для выполнения своей функции в клетке:
Готовый белок. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Но если хоть одна аминокислота находится не на своем месте, то цепочка не сворачивается и распадается:
Разрушение цепочки аминокислот, расположенных неправильно. Белок не получится. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Простейшая живая клетка содержит как минимум 300 типов белков, а также механизмы, необходимые для жизнедеятельности, роста и размножения, а также хранения и обработки генетической информации:
Живая клетка содержит сотни таких белков, и для каждого — аминокислоты должны были собраться в правильную цепочку. Кадр из док. фильма «Происхождение. Как появилась жизнь на планете Земля?»
Отдельно стоит сказать о генетической информации: она представляет собой, выражаясь современным языком, системные файлы.
И вся эта сложнейшая структура должна была каким-то образом появиться в земном океане. Как же это произошло?
Сейчас все ученые единодушны в том, что вероятность случайного стечения обстоятельств, благоприятных для появления стольких сложных молекул и механизмов, крайне мала – куда меньше одной даже квадриллионной доли. Но все же она не равна нулю, поэтому официальная, материалистическая теория гласит: за миллиард-то лет такие условия могли возникнуть, и находящиеся в мировом океане аминокислоты соединились в белки, из которых случайным образом образовались живые клетки со всеми своими механизмами питания, преобразования энергии и размножения.
Есть в наши дни и очень уважаемые ученые, которые склоняются к мысли, что подобная цепь случайностей в реальном мире невозможна, и дело не обошлось без вмешательства Высшего разума. Наконец, существует и третья версия, предполагающая, что жизнь впервые появилась не на Земле, а на других планетах, где, возможно, ушли целые десятки миллиардов лет, пока совпали в моменте условия, необходимые для появления живой клетки – а уже впоследствии «семенами жизни» была засеяна наша планета.
Спор ученых мы оставим в стороне, ведь задача автора этой статьи – просто раскрыть вопрос: что было нужно для того, чтобы появился первый живой, хотя бы одноклеточный, организм.
Эволюция
Итак, с помощью Высшего разума или без оного (здесь каждый вправе решать сам) – на Земле, приблизительно 3,5 млрд. лет назад – появились живые микроорганизмы.
Первые из них были анаэробными – таким не требуется кислород для биохимических реакций, а энергию они получают в результате не окисления, а других химических реакций. В то время только такие организмы и могли выжить на Земле: атмосфера нашей планеты в том периоде эволюции – раннем архейском – почти не содержала кислорода и состояла из аммиака, метана, азота, водорода и водяного пара, углекислого газа, хлора, с примесью сероводорода и ничтожным процентом кислорода:
Состав земной атмосферы на разных этапах эволюции. Как видим, первые организмы получали энергию без кислорода. Картинка из открытых источников
Из-за высокого содержания углекислого газа воздушная оболочка молодой Земли была намного плотнее нынешней, а вода, которой было еще совсем немного и которая собиралась в небольших водоемах, была кислой, соленой и очень горячей – 80-90° C. Как ни странно, именно в этих условиях зародилась жизнь:
Так выглядели первые оазисы жизни на Земле. Кадр с канала «KOSMO»
По мере остывания атмосферы водяной пар из неё конденсировался, проливаясь на землю обильными дождями – так на нашей планете стал расти океан. Биосфера была сконцентрирована в прибрежной зоне,
Миллионы лет живые организмы обитали в океане, не уходя при этом далеко от берега. Кадр с канала «KOSMO»
а суша и огромный объем океана оставались совершенно безжизненными. В той микро-природе, занимавшей лишь узкую прибрежную полосу, еще не существовало падальщиков, и все погибшие существа скапливались на дне океана – именно из этих скоплений спустя сотни миллионов лет сформировались месторождения нефти.
Около 2,4 млрд лет назад произошло событие, благодаря которому на Земле впоследствии появилась вся известная нам природа и сложные формы жизни, а именно: некоторые бактерии освоили кислородный фотосинтез, то есть реакцию с поглощением углекислого газа и выделением кислорода. В результате бурного развития этих бактерий за считанные десятки миллионов лет (короткий по меркам эволюции срок) концентрация кислорода в атмосфере выросла примерно в тысячу раз и осталась на этом уровне; до прежних ничтожных величин она не опустилась больше никогда. Биосфера необратимо стала кислородной.
Поскольку для анаэробных организмов кислородная среда является агрессивной, то архейская эпоха закончилась глобальным вымиранием, известным как «кислородная катастрофа»: большая часть того, что биосфера Земли наработала за миллиард лет, погибло. Выжили в основном те, кто успел создать защищающие от кислорода ферменты – но как раз эти оставшиеся бактерии дали начало тысячам форм новых, куда более сложных живых существ.
Рост кислорода в атмосфере привет к исчезновению парникового газа – метана, т.к. этот газ окисляется с выделением углекислоты и воды, что, в свою очередь, привело к значительному снижению температуры на Земле. Следствием этого похолодания было гуронское оледенение – самый масштабный ледниковый период в истории нашей планеты, начавшийся 2.1 млрд лет назад и продолжавшийся целых 300 млн лет. Светимость Солнца в ту эпоху была на 30% ниже современной, поэтому ледники, согласно раскопкам, доходили порой даже до экватора:
Гуронское оледенение: самое масштабное в истории планеты. Кадр с канала «KOSMO»
Жизнь, однако, смогла сохраниться, несмотря на холод. А на суше, всё еще безжизненной, в этот период формировались континенты, залежи металлических руд и горных пород.
Солнце постепенно становилось ярче, льды отступили, но еще 500 млн лет назад земная суша выглядел так же, как сегодня – марсианская пустыня:
Так выглядела Земля еще полмиллиарда лет назад — немного по космическим меркам. Кадр с канала «KOSMO»
Тогда известных нам континентов еще не существовало, на Земле был один материк – Пангея (название придумал и опубликовал Альфред Вегенер в 1912 году), а примерно 200 млн лет назад гигантский континент раскололся, образовав Лавразию и Гондвану:
История образования земных материков. Картинка из открытых источников
которые в меловом периоде (около 65 млн лет назад) распались на знакомые нам материки.
Движение тектонических плит продолжается, и через миллионы лет материки на нашей планете будут выглядеть иначе, чем теперь.
Время явной жизни на Земле началось приблизительно 540 млн лет назад, с так называемого «кембрийского взрыва». Прибрежная полоса океана тогда была населена малоподвижными и мягкотелыми существами, которые питались плавающими в воде питательными частицами и не имели ни скелета, ни панциря – эти приспособления были просто не нужны, т.к. хищников еще не существовало.
Тихая жизнь в океане раннего кембрия. Кадр с канала «KOSMO»
Однако к концу кембрия появились первые хищники, и беззащитным созданиям пришлось быстро и срочно меняться: приобретать скелет, мышцы и панцирь. Кембрийский взрыв послужил толчком для развития всего многообразия жизни на Земле.
Жизнь на суше началась с лишайников в прибрежной зоне к концу кембрия, а лесами Земля стала порастать в карбонский период (358 – 298 млн лет назад). Они состояли в основном из древовидных папоротников, и тогда еще не было организмов, умеющих разлагать древесину — поэтому массивные стволы не сгнивали, а их многокилометровые завалы впоследствии превратились в залежи каменного угля:
Превращение древних стволов в каменный уголь. Кадры с канала «KOSMO», коллаж автора
Первые земноводные вышли на сушу в пермском периоде (298 – 252 млн лет назад),
Акантостега. Одно из первых животных-амфибий, являющееся промежуточным звеном между лопастепёрыми рыбами и наземными позвоночными. Кадр с канала «KOSMO»
который закончился самым массовым вымиранием за всю историю многоклеточной жизни. Погибло до 96% морской и до 73% наземных видов животных. Сегодня рассматривается несколько возможных причин той катастрофы:
— усиление вулканической активности в Сибири;
— внезапный выброс метана со дна моря (вследствие приобретения некоторыми животными способности перерабатывать органику с большим выделением метана);
— столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров;
— падение процента кислорода в атмосфере;
— резкое увеличение температуры и сухости климата.
Однако последующий триасовый период (252 – 201 млн лет назад) быстро компенсировал потери, даже более того: жизнь вышла на новый уровень. Впервые умеренные широты поросли лесами (хвойными и папоротниковыми), появились лягушки, а после – первые черепахи, как морские, так и сухопутные; крокодилы, в эволюционную гонку ворвались предки динозавров – архозавры:
Архозавр. Картинка из открытых источников
В океане утвердился ихтиозавр,
Ихтиозавр. Картинка из открытых источников
а воздушную среду стали осваивать птерозавры:
Птерозавры. Картинка из открытых источников
В конце триасового периода появились и первые млекопитающие, внешне напоминающие землеройку:
Так выглядели первые млекопитающие. Картинка из открытых источников
Триасовый период закончился так же, как и начался: крупным вымиранием. Исчезло около ¾ всех наземных и морских видов, в основном это были крупные рептилии, земноводные, панцирные существа (однако черепахи, живущие в норах, сумели пережить катастрофу, как и многие млекопитающие).
Возможно, вымирание было связано с геологическими процессами, которые привели к расколу Пангеи на части – это произошло как раз в конце триаса. Вымирание многих видов способствовало господству в следующем, юрском периоде, самых популярных древних животных – динозавров:
Виды динозавров. Картинка из открытых источников (диметродон динозавром не является)
Их было очень много: больших и маленьких, травоядных и хищников, и жили они на всех континентах, не исключая Антарктиды, т.к. холодный нынче материк в ту пору еще не откололся от Австралии и не уплыл на полюс, да и климат на Земле был теплее. По этой карте можно представить себе все многообразие этих животных, которым посвящено столько фильмов и книг:
А примерно так динозавры были расселены по планете. На карте видно, что Австралия и Антарктида в ту эпоху еще были единым материком. Картинка из открытых источников
К концу мелового периода (66 млн лет назад) наша планета значительно преобразилась: появились травянистые растения, значения которых несправедливо недооценивают: именно корни простой травы формируют дерн: слой земли, который укрепляет почву, предотвращая её размытие и разрушение, а также обеспечивает испарение влаги при её избытке и накопление – при недостатке. Без травянистых растений у нас бы до сих пор росли только деревья-гиганты и мхи с лишайниками, а никаких злаков, ягод и овощей не существовало бы.
Эра динозавров окончилась новой катастрофой: существующая экосистема была разрушена, и снова произошло массовое вымирание большой части существующих на Земле животных. Причина той катастрофы, как и других, точно неизвестна, существуют лишь несколько гипотез:
— падение на Землю крупного метеорита – и выбрасывание в результате столкновения миллиардов тонн пепла и сажи, что привело к острой нехватке солнечного света и тепла;
— усиление вулканической активности, которое привело к вулканической зиме;
— резкое охлаждение океана;
— скачок магнитного поля Земли;
— изменение уровня кислорода в атмосфере.
Не исключено, что имело место и несколько причин сразу.
После мел-палеогенового вымирания биосфера Земли стала другой, благоприятной для развития млекопитающих и птиц, причем предками птиц сегодня многие ученые считают динозавров.
Земля, наконец, стала приобретать современный вид, а вскоре появился и человек.
Мы видим, что эволюция – процесс длительный и трудный. На Земле жизнь сумела сохраниться благодаря сразу нескольким чисто астрономическим причинам. Четыре из них – известные и очевидные: оптимальная температура поверхности, сила тяготения, наличие жидкой воды и атмосферы. Но есть еще три, о которых редко упоминают в научно-популярных и художественных фильмах о поисках экзопланет, но которые ничуть не менее важны:
1. Притяжение Луны.
По сравнению с абсолютным большинством других спутников Луна весьма велика по отношению к своей притягивающей планете: её диаметр – больше четверти Земного, а масса составляет 1/81 часть от массы Земли. Тогда как, например, Ио – крупнейший спутник в Солнечной системе, хоть и на 230 км превосходит в диаметре нашу Луну, но по отношению к своей центральной планете – Юпитеру – Ио чрезвычайно мал: он в 39 раз меньше газового гиганта. То же самое относится и к остальным спутникам, исключая разве что Харон, спутник Плутона. Но Плутон теперь считается одной из карликовых планет.
Поэтому влияние притяжения Луны на Землю очень существенно: оно удерживает земную ось под наклоном к плоскости орбиты под практически постоянным углом в 23.5 градуса в течение миллиардов лет. Благодаря Луне климат Земли не подвергается глобальным изменениям. Последние исследования показали, что без лунного притяжения земная ось отклонилась бы на 85 градусов! То есть Земля оказалась бы в «лежачем» положении, как Уран.
Так сменяются времена года на Уране: долгий полярный день и долгая полярная ночь. Картинка из открытых источников
Постоянно отклоняясь, ось Земли существенно меняла бы климат планеты: наступили бы серьезные перепады температур, значительные остывания поверхности зимой и нагревания летом, сильнейшие ветры – и в результате у живых организмов просто не было бы столько времени для постоянного развития и совершенствования. Жизнь на Земле так и осталась бы на уровне микроорганизмов.
2. Мощное магнитное поле Земли, защищающее нашу атмосферу от разрушения её солнечным ветром.
Не будь у Земли этого «щита», её атмосфера давно бы истощилась:
Магнитное поле Земли не позволяет солнечному ветру разрушить атмосферу. Картинка из открытых источников
3. Озоновый слой в земной атмосфере
Второй «щит» земной жизни, без которого её не существовало бы никогда. Разве что какие-нибудь микробы под поверхностью.
Значительная роль тоненького слоя озона в атмосфере Земли. Картинка из открытых источников
Эти жизненно важные факторы придется учитывать при поисках экзопланет, похожих на Землю, иначе может получиться, как с Венерой: вместо рая будущие астронавты найдут преисподнюю.
Однако сложная история земной эволюции, сопоставление всех факторов, которые поспособствовали сохранению и развитию жизни на нашей планете, заставляет задуматься: а, может, Земля – одна из самых чудесных планет во Вселенной?
Вероятно, где-то еще существует жизнь – хотя, очень может быть, что она очень далеко, но когда-нибудь человек найдет живую планету. Хотелось бы только, чтобы к тому времени он духовно подрос и научился ценить природу собственного мира…
А мы продолжим наше путешествие: в следующий раз мы отправимся на Луну.
источник: https://dzen.ru/a/Y90pTJLOQWvXu0EF
