Исчезнувший мир

Докембрий — древнейшая геологическая и палеонтологическая система. Составляют ее различные эры истории Земли. Докембрий включает 6/7 всего времени жизни планеты: от самых старых известных нам геологических пород до начала палеозоя и первого его периода — кембрия (570 миллионов лет назад). Таким образом докембрий охватывает около трех миллиардов лет. Более ранняя эпоха истории нашей планеты палеонтологическим исследованиям в настоящее время недоступна.

Очевидно, в криптозое (это самое крупное временное понятие в развитии жизни) существовали если не все, то, во всяком случае, многие типы многоклеточных животных. Но в те отдаленные времена они еще не обладали известковым скелетом, и потому не осталось от них никаких остатков. Однако из верхов докембрия (криптозоя) ныне накоплен большой материал в виде слепков тел проблематичных животных размерами до нескольких сантиметров в диаметре и многочисленные следы их жизнедеятельности (ходы, следы ползания и т. п.).

В низах фанерозоя (следующий, более молодой период — от кембрия до наших дней), именно в раннем кембрии, животные вдруг приобрели способность строить известковые скелеты, по которым и производится их систематик Они уже настолько сложны (археоциаты, губки, гидроидные полипы, моллюски, трилобиты, брахиоподы и даже, возможно, иглокожие), что, бесспорно, прошли длинный путь эволюционных преобразований. Что именно «позволило» им аккумулировать соли кальция, пока еще остается загадкой. Лишь предполагают, что в морях докембрия существовал дефицит этих солей.

Начало начал

Вначале был «конденсат с бесконечной плотностью». Вся наличная во вселенной материя (а значит, и энергия!) каким-то чудом умещалась в очень мизерном пространстве. Затем сверхвзрыв, равного которому мир с тех пор не знал, разбросал материю во все концы. В первые миллионные доли секунды от начала взрыва температура расширяющейся вселенной (а точнее, обозреваемой ее части — нашей метагалактики) была около 10 квадриллионов градусов. Но уже через секунду упала до нескольких миллионов градусов.

Астрофизики обнаружили, что в спектрах видимых галактик линии поглощения смещены в красные концы спектров. По закону Доплера это значит, что галактики расходятся. И чем дальше они от нас, тем быстрее летят и тем больше в красный край спектра сдвинуты линии поглощения их газов. Самые далекие от нас мчатся почти со скоростью фотонов, а проще сказать света — 300 тысяч километров в секунду!

«На некоторых этапах жизни галактик их ядра приобретают гигантскую светимость, превосходя по мощности излучение нашего Солнца в десятки тысяч миллиардов раз. Галактики с такими яркими ядрами получили название «квазаров» (академик В. Амбарцумян).

Наиболее дальний от нас из найденных до сих пор квазаров OH471, невзирая на противодействие гравитации несется, преодолевая за секунду больше 270 тысяч километров неведомого нам пространства. Он, OH471 обретается на самом краю мира, до него примерно 114 000 000 000 000 000 000 000 километров, или 12 миллиардов световых лет! (Световой год — космическая дистанция, которую фотоны пробегают за год своего путешествия во вселенной.) И хотя сейчас в распоряжении астрономов «…есть приборы, способные видеть еще дальше, пока ничего более удаленного, чем этот квазар, обнаружить не удалось. На этом основании делается вывод, что OH471 находится там, где все кончается» («Сайенс дайджест»).

В таком случае этот удивительный квазар — один из ранних выбросов взорвавшегося «конденсата». Как показывают новые расчеты (в частности, пересмотр константы Хаббла в 1971 году), «Большой взрыв» произошел примерно 18 миллиардов лет назад. Значит, квазар OH471 находится на передней границе расширяющейся вселенной, которая почти вдвое увеличивает свой объем каждые десять миллиардов лет. OH471 — сгусток самой древней материи. Изучая его, можно судить о том, какой была наша метагалактика в юности.

«Этот закон, названный законом красного смещения спектров галактик, а иногда называемый законом Хаббла, является одним из фундаментальнейших законов вселенной, одним из основных законов природы… В наши дни стало совершенно ясным, что предположение о некотором грандиозном процессе взрывного характера, давшем начало галактикам и сообщившем им различные скорости, является наблюдательным фактом, вполне согласующимся с материалистическими представлениями о вселенной» (Т. Агекян).

А что было до того, до первого взрыва в космосе (да и был ли он вообще, этот непостижимый взрыв, — сомневаются некоторые ученые), решат со временем астрофизики.

А пока мы твердо знаем: беспредельная или конечная вселенная существует. В каком же виде?

Силовые поля, плазма, нейтрино, протоны, нейтроны, электроны, фотоны — разные частицы атомов и сами атомы.

Среди атомов — две трети водородных, почти треть гелия и лишь сотая часть всех других элементов, известных на Земле. Значит, мир, в котором мы вращаемся в основном водородно-гелиевый.

Мир занят синтезом: при температуре в сотни миллионов градусов и под давлением в миллиарды атмосфер в недрах звезд (а их миллионы миллиардов!) и ядер легких элементов «куются» ядра тяжелых.

Но на Солнце, которое так жарко светит в летний полдень, созидается лишь гелий: из водорода. Почему? Да потому, что температура там слишком мала для синтеза тяжелых элементов. Так почему же они все-таки есть в атмосфере Солнца и в недрах его спутников? Железо, свинец, уран? А потому, что когда-то очень давно вещество, из которого сложена вся солнечная система было «телом» гигантской звезды. В ее утробе тяжелые элементы и родились. Потом звезда взорвалась, и из осколков «слиплись» Солнце и планеты. Значит, все мы состоим из атомов, бывших уже в употреблении.

Итак, пять миллиардов лет назад Солнце светило ярко и жарко. Но светило, можно сказать, попусту, никого не радовало: ведь Земли тогда еще не было. (Впрочем, есть достаточно убедительная гипотеза о том, что Солнце и все планеты образовались одновременно.) Не было и других планет. Только пыль космическая кружилась вокруг одинокого желтого карлика (так непочтительно астрономы называют наше Солнце).

Пыль была холодная: минус 200 градусов! Все плотнее сжималась она и плотнее. Медленно сгущалась. А потом расслоилась, и каждый слой слипся в твердый, бешено вертящийся шар. Родились планеты.

На третьем вертящемся шарике мы с вами и живем. Вначале он был очень «рыхлый», неплотный, огромный: больше нынешнего солнца — несколько миллионов километров в диаметре. Силы притяжения сжимали этот пылевой шар. Постепенно уплотнявшийся земной шар разогревала гравитация, а затем и радиоактивные вещества (уран, торий и другие) выделяли при распаде столько тепла, что земной шар стал плавиться. Потом он снова остыл, но только с поверхности. Случилось это 4,5 миллиарда лет назад.

Наша планета: минералы, воды, горы и все ее обитатели, то есть вся земная материя во всей ее многоликости, сложена из одних и тех же элементов. Их уже известно сто четыре. Многие настолько редки, что совершенно неприметны и мало проявляют себя в творческих актах природы. И если Землю и облепившие ее со всех сторон песчинки — горы, леса, города — разобрать на самые мелкие части, до молекул и атомов, мы увидим, что состоит она в основном из одного-двух десятков элементов.

Химики давно проделали этот опыт… Взяли пробы из разных мест и сфер жизни. После многих анализов убедились, что и человек, и древесный пень, и гора Эльбрус сложены из одинаковых элементов. Правда, в человеке много, например, кислорода и азота, а в Эльбрусе — кислорода и кремния, но и в том и в другом есть и водород, и сера, и железо, и кальций, и магний, и многие другие элементы.

Если судить по материалам, из которых изготовлены оба эти чуда природы, можно сказать, что человек и кавказская гора в некотором роде братья — дети Земли. В то же время они не во всем похожи. Ведь качества материала, из которого сложены человек и Эльбрус, разные: у одного вещество живое, у другого неживое. Живых организмов на Земле великое множество, а их разнообразие безгранично (много ли сходства между кораллом и львом?), и все-таки все они живые: и лев, и губка, и мухомор составляют единый и особый мир нашей планеты.

Ясная граница, разделяющая живое и неживое, отчетливо обозначена в природе всюду. Кто провел ее? Как вещество перешло грань, разделяющую ныне два мира вселенной?

Религия и мифы говорят, что бог был первым нарушителем этой границы: из неживого он создал живое. Как, когда и, главное, для чего — о том изобретатели бога рассказывают лишь сказки.

Человеку, который хочет знать правду, эта «гипотеза» ничего не дает. Даже если оставить все попытки докопаться до сути вещей и признать безропотно (и бесхлопотно), что жизнь создана богом, капитуляция эта перед самой большой на Земле тайной совсем напрасна: она ничего не объясняет. Ведь главный вопрос о начальных истоках жизни все равно остается без ответа: откуда взялся в таком случае сам демиург? Кто создал бога?

Наука давно отказалась от бога как рабочей гипотезы.

Научные теории по-разному объясняют происхождение жизни на Земле. Одни, не доверяя местным творческим силам, приглашают варягов издалека: жизнь, говорят они, принесена на Землю из космоса, где она существует вечно. Как только какая-нибудь планета создаст у себя сносные условия для жизни, на нее прилетают из космоса «семена жизни» — споры бактерий и другие зародыши вроде гипотических «космозоад». Переносят их с места на место по всей вселенной световые лучи, которые, как доказал наш знаменитый соотечественник П. Лебедев, обладают давлением. Давление, конечно, мизерное, но ведь и бактерия — микроб даже в сравнении с песчинкой.

Эта гипотеза (ее называют панспермией) привлекает больше своей поэтичностью, чем научной достоверностью, хотя недавние открытия органического вещества и, по-видимому, бактериальных клеток, спор и будто бы пыльцы в метеоритах, бесспорно, вызовут к ней более серьезное внимание.

Другие ученые считают, что жизнь возникла на Земле, но как результат чрезвычайно редкого взаимодействия химических, физических и космических сил. Как в игре в кости, вдруг случайно выпало благоприятное сочетание всех костяшек — стихий, и жизнь получила шанс на выигрыш.

При тысяче других вариантов выигрыша могло и не быть.

Наконец, в третью группу можно объединить теории, которые считают, что жизнь — это логический и закономерный процесс развития природы. Неживая материя на определенном уровне неизбежно становится живой ведь живое вещество — более организованная часть вселенной. То есть обладает, как говорят физики, минимумом энтропии. А все во вселенной, как по наклонной плоскости, катится к максимуму энтропии. Одна лишь жизнь противодействует этому процессу.

«Как можно было бы выразить… ту удивительную способность организма, с помощью которой он задерживает переход к термодинамическому равновесию (смерть)?.. и таким образом поддерживать себя на постоянном и достаточно низком уровне энтропии» (Э. Шредингер).

До возникновения жизни на Земле в атмосфере кислорода не было (или было очень мало и лишь в самых верхних слоях).

Когда зарождалась Земля, кружась пылевым вихрем вокруг Солнца, ее атмосферу наполняли главным образом два газа — водород и гелий. Когда же она слиплась наконец в плотный шар, растеряв большую часть своего первородного водорода и гелия, в атмосфере Земли было много углекислого газа, азота, метана и аммиака. Кислорода еще не было.

И лишь когда растения одели планету в зеленый убор, кислород стал постепенно накапливаться под голубым куполом небес. Сейчас состав атмосферы уже совсем иной: азота в ней 78 процентов, кислорода — 21, углекислого газа — 0,03, водорода — 0,00005, а гелия — 0,00052 процента.

Полагают, что благодаря жизнедеятельности растений в атмосферу выделилось не меньше 26–52 квадрильонов тонн кислорода, в несколько десятков раз больше, чем содержится там его сейчас.

В первичной атмосфере, которая окутывала Землю до появления растений, и возникли первые организмы. «…В ядовитых атмосферах Юпитера и Сатурна гораздо больше шансов встретить преджизнь или даже какую-то примитивную жизнь, чем, скажем, на Венере или Марсе.

…От гипотезы панспермии наука отказалась. Но зато расцвела и утвердилась новая мегакосмическая концепция жизни — теория биопоэза. По этой теории космос — весьма благоприятная среда для возникновения сложных органических соединений.

…Жизнь готова самозародиться и развиваться везде, где для этого есть набор подходящих условий» (А. Гангнус).

И делается вывод: вселенная «содержит в себе, по крайней мере, сырье для будущих биохимических эволюции».

Даже на кометах есть такое «сырье»!

Больше того, именно на кометах и зародилась жизнь — утверждают известные ученые Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх в гипотезе о происхождении жизни и… пандемий (эпидемий глобального масштаба).

На поверхности ядер комет, по мнению этих ученых, «идеальные» условия для превращения неживой материи в живую. Одна из форм такой трансформации — вирусы и бактерии. Они попадают на Землю, когда наша планета в движении по орбите пересекает остатки вещества комет. Тогда-то будто бы и возникают сразу во многих районах земного шара эпидемические заболевания. Их внезапное появление и быстрое распространение трудно объяснить передачей заразных микробов от человека к человеку или при посредстве паразитов-переносчиков — вшей, клещей, тараканов и прочих насекомых. Подсчеты показывают, что этот процесс гораздо более медленный, чем стремительное продвижение по странам и континентам всевозможных пандемий.

Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх полагают, что страх и ожидание беды, которые испытывали прежде люди при появлении на небе комет, достаточно обоснованны: известные в истории губительные вспышки чумы, гриппа других заболеваний в основном совпадают с появлением на небосводе комет. Приносимая ими на земную поверхность инфекция сразу поражает многих людей. «Наша теория, если, конечно, она верна, будет иметь большое биологическое и медицинское значение. Возможно, что потребуется осуществлять в стратосфере постоянное микробиологическое наблюдение, чтобы предотвращать тот хаос, который в будущем может возникать от вторжения внеземных организмов» (Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх).

Но это уже дело медиков — разобраться в причинной связи комет и пандемий (если таковая существует). Мы же продолжим нашу тему — зарождение жизни на Земле.

Научная ситематическая разработка этой веками загадочной темы началась в 1924 году, когда была опубликована книга академика А. Опарина «Происхождение жизни». Выдвинутая в этой весьма знаменательной книге теория легла в основу, можно сказать, почти всех современных гипотез о происхождении жизни.

«…Возникновение жизни на Земле следует рассматривать как закономерный процесс эволюции углеродистых соединений» (Большая Советская Энциклопедия).

Возраст нашей солнечной системы примерно 5 миллиардов лет, Земли (как твердого шара) — 4,5 миллиарда. Осадочные породы, в которых найдены несомненные остатки бактерий, датируются 3,1 миллиарда лет назад. На 300 миллионов лет позже на Земле уже жили первые сине-зеленые водоросли. Именно в эту эпоху появились в каменных летописях Земли их «коллективные» известковые постройки — строматолиты.

Значит, на химическую и биохимическую эволюцию и на создание из приготовленных ими материалов первых живых клеток потребовалось около 1,4 миллиарда лет. А на все дальнейшее развитие жизни — вдвое больше времени. Первый процесс, несомненно, более сложный, чем второй. Что-то уж очень мало времени ушло на созидание природой органического материала и на сборку из него живой клетки.

Субстрат жизни — белок. Составные части белка — аминокислоты. Их всего 20. Соединяясь в разных сочетаниях друг с другом, аминокислоты образуют молекулы белков. В нашем теле десятки тысяч разнообразных белков, и все они сложены из двух десятков аминокислот, соединившихся в каждом белке в характерной только для него последовательности.

Лишь недавно биохимики составили достаточно ясное представление о том, как идет такой синтез в организме. А как шел он на планете при зарождении на ней жизни — пока загадка. Но что касается происхождения аминокислот, то исследования последних десятилетий прояснили эту туманную картину.

В 1953–1955 годах биохимик С. Миллер экспериментировал с довольно простым устройством, главной составной частью которого была колба, наполненная первичной «атмосферой» Земли: исходными веществами служили метан, аммиак, вода и водород. Через эту смесь пропускались электрические разряды, имитирующие грозовые воздействия на атмосферу юной еще безжизненной Земли.

И что же получилось? Чем наполнилась пожелтевшая вода в колбе? Синильной кислотой, углеводородами и другими органическими соединениями и, наконец, аминокислотами!

В последующие годы опыты Миллера повторили другие ученые — у всех после электрических разрядов из метана, аммиака, воды и водорода образовались аминокислоты. (П. Абельсон получил их даже из иной смеси веществ: водорода, окиси углерода, углекислого газа, водорода и азота.)

Затем такую же смоделированную первичную атмосферу стали «обрабатывать» другими физическими агентами: облучением рентгеном, электронами повышенной энергии, ультрафиолетом, наконец, температурой в тысячу градусов. И во всех случаях синтезировались аминокислоты. Иногда даже их полимеры! А в некоторых опытах получались и нуклеиновые основания — химические «бусинки» — структурные и функциональные основы ДНК (носителя наследственного кода). Насколько важно последнее, ясно будет из дальнейшего нашего рассказа.

«Результаты доказали, что на примитивной Земле имелись важнейшие для возникновения жизни строительные материалы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты и производные их соединения — пурин, пиримидиновые основания, даже нуклеозиды и нуклеотиды. Больше того, в немалом количестве и разнообразии встречались порфирины, к которым относятся гемоглобин и «зелень листьев» (хлорофилл), в общем, разный исходный материал, необходимый для образования высокомолекулярных соединений» (К. Дозе).

С 1964 года С. Фокс экспериментирует с микросферами. Это небольшие «шарики» (диаметром около двух миллиметров. Они образуются при растворении а затем конденсации протеиноидов — белковоподобных веществ, полученных химическим путем.

Микросферы интересны тем, что от внешнего мира отделены мембраной, хоть и отдаленно, но напоминающей оболочку живой клетки. При изменении определенных условий среды, в которой они находятся, микросферы диффундируют, просачиваются через мембрану наружу, оставляя последнюю совершенно пустой.

Их мембрана представляет отличный опытный объект для изучения обмена веществ и проникновения их через оболочки биологических клеток.

Извечный вопрос: что было раньше — курица или яйцо?

Этой иносказательной формулой определяется самый неясный пока процесс происхождения жизни: воссоединение в единое целое синтезированного из аминокислот белка и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), носителей наследственного кода и организаторов сборки из аминокислот определенного сорта белков. Без ДНК и РНК производство белков в живой клетке невозможно.

Тут вот ведь что получается: РНК действует в двух лицах — как транспортер активизированных предварительно аминокислот и как матрица, которая диктует порядок сборки белка из аминокислот. (Впрочем, как недавно установлено, в рибосомах несет она еще одну функцию — структурную.)

РНК-транспортер доставляет аминокислоту прямо к РНК-матрице. Аминокислота на ее поверхности может удержаться не где попало, а только на строго определенном месте. Для каждой из двадцати аминокислот на поверхности синтезирующей белок РНК приготовлена своя якорная стоянка. Никакая другая аминокислота ее занять не может.

Каждые полсекунды аминокислота ложится к аминокислоте, всегда на свое место. Десятки и сотни, даже тысячи аминокислот выстраиваются в ряд на поверхности РНК. Аминокислоты соединяются друг с другом в длинную цепь, и готовая молекула белка соскакивает с нуклеиновой матрицы.

Порядок построения аминокислот, а иначе говоря, формула будущего белка, зависит от химической структуры той РНК, на поверхности которой они выстраиваются. Эту структуру, эту матрицу как бы штампует по своему образу и подобию другая нуклеиновая кислота — ДНК.

РНК, химический шифр которой руководит синтезом белка, сама слепок, копия с ДНК. А ДНК — это оригинал. Это первоисточник генетической информации. В ДНК и скрыта наша наследственность. В ней не только план изготовления белков, но и вся последующая программа построения организма в целом.

Теперь, надеюсь, понятно, почему сейчас без нуклеиновых кислот невозможна жизнь. Но невозможна она и без белка.

Так что же раньше родилось: работники-сборщики и плановый отдел производства или готовый уже объект их труда — живой белок?

Возможно ли, чтобы он сам служил матрицей для синтеза себе подобных белков? И лишь позднее эту роль передал ДНК и РНК, которые действуют несравненно более точно, чем было нужно на первых этапах возникновения жизни?

Теперь ДНК и РНК никакими белковыми матрицами незаменимы, потому что организмы стали более сложными, чем в первых опытах природы по их созданию. А может быть, белок и нуклеиновые кислоты с самого начала объединились еще в предклетках и в дальнейшем работали слаженно, рука об руку?

Энергетические ресурсы жизни

Первые живые клетки взрастила Земля примерно три миллиарда лет назад. Все они были анаэробные, то есть обитали в бескислородной среде. Да и в атмосфере планеты, как уже говорилось, свободного кислорода не было. Его создатели — зеленые растения.

Пока еще одноклеточные, они довольно рано принялись за дело: уже через 300 миллионов лет после того, как явились в мир первые живые клетки, многие из них приобрели хлорофилловые зерна (вначале, возможно, как симбионтов).

Это великое событие! Не только качественно иной стала атмосфера, но и вся жизнь на Земле пошла путем, который без чудодейственного хлорофилла невозможен.

Растения, счастливые обладатели хлорофилла, в буквальном смысле слова питаются солнечным светом и воздухом. Вернее, углекислым газом, извлеченным ими из воздуха. Процесс этот называется фотосинтезом — созиданием с помощью света.

Из шести молекул углекислого газа и шести молекул воды создают растения одну молекулу глюкозы. Глюкоза соединяется с глюкозой. Шесть тысяч молекул образуют одну полимерную молекулу крахмала. Зерна крахмала, запасенные растениями в своих тканях, главным образом в клубнях и семенах, и есть необходимые для всего живого на Земле «солнечные консервы». В них в виде химических связей молекул глюкозы поймана и аккумулирована энергия Солнца.

Каждый год зеленые одеяния наших материков и водоросли рек, озер и морей улавливают и консервируют столько энергии Солнца, сколько могут дать 200 тысяч мощных электростанций, таких, как Куйбышевская ГЭС. Два квадрильона киловатт-часов!

Эта энергия питает все живые клетки, все живые организмы от вируса до человека (кроме некоторых хемотрофных бактерий, которые живут за счет химической энергии неорганических веществ). Это, если можно так сказать, валовая энергия жизни, потому что ее с избытком хватает не только для существования самих растений, но и всех животных, которые, не имея хлорофилла, вынуждены для поддержания жизни заимствовать энергетические ресурсы у растений. А те берут их у Солнца. Значит, все живые существа в конечном счете «едят» солнечный свет.

Что такое свет — первоисточник энергии, питающий жизнь? Шутники говорят, что свет — самое темное место в физике.

Действительно, много в его природе удивительного и непонятного. Однако физики неплохо в нем разобрались. Свет, говорят они, — это поток мельчайших из микрочастиц. Фотон — имя этой частицы. Называют ее и квантом света. Частица без заряда, без массы покоя — сплошной сгусток энергии в минимальной расфасовке.

Когда свет, иначе говоря, фотоны, падает сквозь полупрозрачную кожицу листьев на хлорофилловые зерна, молекулы хлорофилла их поглощают. Электроны эти молекул получают от фотонов дополнительную порцию энергии и переходят, как говорят физики, на более высокий энергетический уровень.

Состояние это для них необычное, вернее сказать, неустойчивое, и электроны стремятся вернуться в более устойчивую энергетическую фазу, отдав кому-нибудь избыток полученной от света энергии. Поэтому выделенный из клетки хлорофилл тут же испускает фотоны обратно — светится, как светятся все фосфоресцирующий вещества, в которых химическая энергия превращается в световую. Значит, хлорофилл в пробирке не может удержать пойманную энергию света. Она здесь быстро рассеивается, как в батарейке, если замкнуть накоротко ее электроды.

Иное дело в клетке — там в энергосистему хлорофилла включается длинная серия особых веществ, которые по замкнутой цепи реакций передают друг другу «горячие», то есть возбужденные, богатые энергией электроны. Проделав этот путь, электроны постепенно «остывают», избавляются от избытка энергии, полученной от фотонов, и возвращаются опять на старт — на свои места в молекуле хлорофилла. И она с этого момента снова способна поглощать фотоны.

А избыточная энергия, потерянная ими и аккумулированная в молекулах глюкозы, и есть та таинственная «жизненная сила», о которой много спорили натурфилософы прошлых веков. Питаясь ею, жизнь существует.

Четыре царства живой природы

Картина преобразования растениями земного шара требует некоторых уточнений.

Дело в том, что настоящие растения включились в процесс фотосинтеза довольно поздно: лишь два миллиарда лет назад (это меньше половины всей истории Земли). До них только наделенные хлорофиллом бактерии и сине-зеленые водоросли занимались фотосинтезом (однако бактерии при этом молекулярный кислород в окружающую среду не выделяли). Только они, бактерии и сине-зеленые водоросли, тогда и существовали на Земле. Никаких иных растений и животных еще не было. Теперь бактерии и сине-зеленые водоросли и растениями-то не считают! В особое царство и даже надцарство определили — доядерных организмов. У сине-зеленых водорослей и бактерий нет ядра. Нуклеиновая кислота (ДНК) рассеяна по всей клетке. А у прочих живых существ ДНК собрана в отделенном от цитоплазмы клетки мембраной ядре. Здесь помещается она в хромосомах — микроскопических тельцах, несущих наследственную информацию.

Биологами разработана новая система живого мира — не с двумя царствами, как прежде (животные и растения), а с четырьмя: дробянки (сине-зеленые водоросли и бактерии), животные, грибы и растения. В каждом царстве по два подцарства. У животных — простейшие (одноклеточные) и многоклеточные. У дробянок — бактерии и сине-зеленые водоросли. У грибов и растений — высшие и низшие грибы и растения.

К подцарству бактерий относят и такие микроорганизмы, как актиномицеты, спирохеты, микоплазмы, риккетсии и вирусы (последних определили сюда не без сомнений, условно, впредь до более полного их исследования).

Интересно вот еще что: грибы, неподвижные, питающиеся прахом земли создания, по новой системе, оказывается, более близкие родичи животных, чем растений! Вернемся на некоторое время к бактериям, чтобы рассказать о них подробнее. Ведь роль бактерий в существовании всего живого на Земле как прежде, так и теперь особенно велика.

У бактерий дурная слава. Всем известно, что они виновники опасных болезней: туберкулеза, брюшного тифа, дизентерии, холеры, проказы. Но многие ли знают, что есть и полезные бактерии? Мало даже сказать полезные, просто необходимые нам! Жизнь на Земле бы бы невозможна без бактерий.

Бактерии насыщают почву азотом, повышая ее плодородие, образуют и саму почву, помогают людям заквашивать огурцы, капусту и силос для скота, приготавливать сыры, простоквашу, уксусы, льняные ткани. Поселяясь в кишечнике, они переваривают за нас неудобоваримую пищу. Они уже освещают мрачную бездну моря призрачным сиянием живых огней, преобразуя в свет особые вещества, которые находят в «карманных фонариках» глубоководных рыб и кальмаров.

Форма клетки у бактерий бывает трех типов: круглая, спиральная и палочковидная.

Круглых бактерий называют кокками: монококками, когда это одиночные шарики; диплококками, когда они двойные; тетракокками, когда соединены четыре шарика вместе; сарцинами — если шариков восемь или больше; стрептококками, когда круглые бактерии образуют цепочку, словно нанизанные на нитку бусинки, и стафилококками, если они громоздятся беспорядочной кучей.

Спиральные бактерии — это вибрионы (тело их лишь слегка изогнуто), спириллы закручены в один или несколько витков, а спирохеты — в тонкие и мелкозавитые спирали.

Бактерии-палочки образуют две группы: обычных бактерий и бацилл. У первых не бывает спор. Вторые, когда внешние условия неблагоприятны, отделяют внутри своего тела от наполняющей клетку протоплазмы маленький, овальный и блестящий комочек живого белка — спору. (После этого бацилла распадается.)

Спора окружена плотной оболочкой, максимально обезвожена и может без вреда для заключенной в ней искорки жизни переносить сокрушительные удары враждебных стихий. Например, давление в 20 тысяч атмосфер! Или космический холод в 253 градуса! Нагревание до 90, а некоторые споры — и до 140 градусов!

Годами лежит в летаргическом покое этот законсервированный квант жизни, чтобы когда-нибудь потом, попав в условия более благоприятные, пробудиться. Плодиться, плодиться, без счета, без меры — единственная забота вновь возрожденной бациллы.

И хотя размножается она самым примитивным образом: разрывается пополам, число ее потомков вскоре достигает астрономической величины. Ведь каждая половинка уже через 20–30 минут снова делится, и так без конца.

Допустим, к примеру, что они делятся каждые полчаса. Через час из одной бактерии образуется четыре. К концу второго часа их будет 16, к концу третьего — 64. Дальше число их, увеличиваясь в геометрической прогрессии, быстро достигает цифр, которыми помечены столбовые вехи в космосе. Через 15 часов бактерий будет около 1 000 000 000, а через сутки с небольшим — 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

И если даже каждая из них занимает в пространстве не больше одного кубического микрона, то октильон бактерий (а приведенная выше цифра и есть октильон) с трудом удастся упаковать в баке высотой, шириной и длиной в километр. Чтобы перевезти такую гору бактерий, потребуется состав в 20 миллионов вагонов!

Конечно, производя эти вычисления, мы предполагали, что ни одна из новорожденных бактерий не умирает, по крайней мере, в течение двух первых суток. Но, к счастью, этого никогда не случается: большинство из них погибает. Да и темп деления мы выбрали оптимальный; далеко не все бактерии размножаются так быстро. Туберкулезные бактерии, например, делятся лишь раз в полтора дня.

Разными способами добывают пищу бактерии. Одни разрушают ткани животных и растений, и среди таких немало паразитов: это возбудители всякого рода заболеваний.

Много среди бактерий сапробов, которые вызывают гниение белков и других органических веществ, разлагают их на более простые составные части — снова на углекислый газ, например, и аммиак.

Эти бактерии очень полезны. Горы мертвых тел лежали бы повсюду, если бы не бактерии. Они освобождают планету от растений и животных, в которых уже угасла жизнь. Сгнивая с помощью бактерий, прах трупов возвращается в землю.

Есть и бактерии — автотрофы, то есть сами себя питающие. Эти из неорганических веществ (аммиака, например, углекислого газа и различных солей) создают органические (белки, крахмал) и строят из них свое тело. Энергию, необходимую для преобразований простых веществ в сложные, они извлекают из солнечных лучей. Хемотрофные бактерии питаются тоже углекислым газом и аммиаком, но энергию для изготовления белка, добывают, окисляя железо, марганец либо молибден, серу и кремний («грызут», так сказать, камень и металл!).

Вольвокс — первое многоклеточное существо?

Зоологи и ботаники давно спорят о жгутиконосцах — растения они или животные?

Предмет их спора столь невелик, что простым глазом его не увидишь. Жгутиконосцы микроскопические существа — живые «шарики», «колбаски», «лодочки», с тонкими, жгутиковидными хвостиками, которыми они ударяют по воде и плывут.

В каждой луже миллиарды жгутиконосцев. Под микроскопом видно, что они зеленые: полным-полно у них под прозрачной «кожицей» хлорофилловых зернышек. Значит, это растения?

Решить непросто.

Тысячи хвостатых шариков, словно молекулы в тепловом движении, беспорядочно скачут в капле воды. Вот один наткнулся на бактерию. Втянул ее в миниатюрный «ротик» и… проглотил. У растений нет ртов. И глаз тоже нет. А у жгутиконосцев есть «карие» глазки. Обычно это просто бурое или красноватое пятнышко, воспринимающее свет. Но иногда оно углублено в виде чаши, в которой лежит линзовидный комочек крахмала. Он прозрачный — это хрусталик первородного глаза.

Так это животное?

Все зависит от погоды. В солнечный день, когда много света, жгутиконосцы — скорее растения. Занимаются фотосинтезом, из углекислого газа и воды изготовляют сахар. Им и питаются. В пасмурную погоду, когда света мало, некоторые из них переходят на другую диету: ловят бактерий и мелкие водоросли.

Поэтому и нелегко биологам решить: с кем же они наконец имеют дело? Зоологи считают, что жгутиконосцы (по крайней мере некоторые из них) — простейшие животные. А ботаники числят их в разряде низших водорослей.

Вольвокс, говорит Д. Апдайк, «интересует нас потому, что он изобрел смерть. Амебы никогда не умирают… Но вольвокс, этот подвижный, перекатывающийся шар водорослей… нечто среднее между растением и животным под микроскопом он кружится, как танцор на рождественском балу, — впервые осуществив идею сотрудничества, ввел жизнь в царство неизбежной — в отличие от случайной — смерти».

До него, до вольвокса, смерть на Земле была необязательна и, так сказать, незаконна. Все одноклеточное живое никогда не умирало естественной смертью, только насильственной. Размножаясь, одноклеточная жизнь делилась пополам. А разделившись, жила вновь в удвоенном числе. Но когда одноклеточные жгутиконосцы объединились и образовали вольвокс, все они приобрели в этом объединении разную квалификацию. Одни сохранили привилегии половых клеток — эти, размножаясь, жили вечно в своих потомках. Другие сделались клетками соматическими, то есть бесполым телом колонии, и всякий раз умирали теперь после того, как их половые сестры и братья размножались.

Так смерть стала обязательным и законным по кодексу природы финалом жизни. До этого была лишь случайность.

Вольвокс — подвижный живой шарик (в диаметре до 3 миллиметров). Внутри он студенистый, а снаружи весь усеян жгутиконосцами (одноклеточными водорослями с двумя хвостиками-жгутиками, колебания которых приводят вольвокс в движение). Это настоящая колония зеленых жгутиконосцев — на поверхности вольвокса их от 200 до 50 тысяч. Есть у соединившихся в единое целое жгутиконосцев примитивные глазки — стигмы. На одном полюсе шара они лучше развиты, на другом хуже. Более «глазастым» полюсом вольвокс и плывет вперед.

Почти все составляющие сферическую колонию клетки размножаться не способны (ни вегетативно, ни половым путем). Только около десятка самых крупных из них в нужное время плодятся, создавая дочерние колонии внутри живого шара.,

«Колонию вольвокса, может быть, правильнее рассматривать как многоклеточный организм, поскольку… не все клетки колонии равноценны. Возможно, что колониальность имела большое значение в эволюции органического мира и явилась переходным этапом к многоклеточным животным» (Ю. Полянский).

Так большинство ученых и полагает: от колониальных простейших организмов, подобных вольвоксу, и произошли многоклеточные растения и животные.

А теперь подведем итог. Как шла в пространстве и во времени биохимическая и биологическая эволюция. Какие пройдены ею этапы в древнейшие эры Земли.

Принимаем, что Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад и была окружена первичной атмосферой: аммиак, метан, пары воды, азот, окись углерода, углекислый газ, водород, азот.

Цифры приведены приблизительные, поскольку у разных авторов неодинаковые датировки эпох (как и их названия). Часто и возраст Земли не всеми указывается одинаковый. Многое еще в этих вопросах остается спорным.