Физика процессов эволюции - Эбилинг В.
Скачать (прямая ссылка):
Можно предположить, что первая микрофлора и первая микрофауна появилась 3,3-4 зона назад. Первыми микроорганизмами могли быть бактерии или примитивные водоросли. К числу первых микроорганизмов относятся также прототипы одноклеточных с ядром (эукариоты). Древнейшие ископаемые с внутриклеточным ядром обнаружены в Северной Австралии. Их возраст достигает примерно
1,5 зона. Древнейшие эукариоты размножались неполовым путем митоза (простого деления клеток). Лишь через некоторое время появились микроорганизмы, обладающие способностью к половому размножению. Это было значительным шагом в эволюции, поскольку половое размножение значительно расширило генетическую вариабельность и внесло ощутимый. вклад, в стабилизацию типов (Кбтег, 1979). С усовершенствованием репликации сырьевой ресурс жизни — образовавшийся чисто химическим путем, т. е. вне живого организма, аминокислоты и прототипы нуклеотидов, — резко сокращается. Именно в тот период возникает новый класс микроорганизмов, производящих молекулярные структурные единицы («кирпичики») из воды и молекул газа под действием солнечного света. Такие представители древней микрофлоры размножались необычайно быстро. Из неассимилирующих организмов шанс на выживание имели лишь паразиты на протофлоре. Так появился принцип гетеротрофии. Под гетеротрофом принято понимать любой организм (травоядный, плотоядный или всеядный), который питается своей добычей — другими организмами. Основанием возникшей трофической цепи служили автотрофные растения. Они медленно изменяли состав атмосферы. Аммиак превращался в азот и водород, двуокись углерода — в углерод и кислород, метан — в двуокись углерода и водород. Для построения своих тканей растениям были необходимы прежде всего молекулы углерода и водорода. Азот и кислород растения в огромных количествах выделяли в атмосферу.
Возникновение содержащей кислород атмосферы, начавшееся около 2 эонов назад, глубоко изменило условия существования жизни. Для живых существ той далекой эпохи кислород был высокотоксичным газом, который в результате процесса окисления мог привести к разрушению органических молекул. Мутация и отбор помогли преодолеть и эту смертельную угрозу: возникли живые организмы, снабженные сначала примитивными органами, а впоследствии жабрами и легкими, которые
развили высокоэффективные механизмы обмена веществ для атмосферы, содержащей кислород. Одной из важнейших предпосылок возникновения высокоразвитых форм жизни стало образование колоний клеток путем скопления клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между ними. Возникновение примерно
0,6 зона назад многоклеточных эукариотов привело к взрывообразному увеличению числа высокоразвитых форм жизни (Schopf, 1976). Как свидетельствуют ископаемые относящиеся к той эпохе (началу так называемого кембрия), в течение сравнительно короткого геологического периода появились многие виды беспозвоночных и макроскопические водоросли. Для того чтобы произошел этот эволюционный скачок, понадобилось три шага:
1) развитие полового размножения;
2) открытие принципа гетеротрофии;
3) образование колоний клеток с распределением функций.
Дальнейший ход событий, если подходить к ним с точки зрения эволюции, разворачивался на протяжении относительно короткого времени. Чтобы хотя бы бегло обозреть важнейшие даты, мы воспользуемся одной идеей Сагана (Sagan, 1978) и рассмотрим «календарь эволюции» с сильно сжатой шкалой времени. Писатель Александр Полещук в своем утопическом романе «Тайна стеклянного конуса» повествует об экспериментах, в которых героям удалось существенно сократить пространственно-временные масштабы протекания реальных процессов. Вообразим себе, что у нас имеется «машина Полещука» и мы хотим с ее помощью исследовать более подробно в лаборатории процесс эволюции Вселенной и планеты Земля. В своем первом гипотетическом эксперименте мы выберем коэффициент сокращения временных масштабов 1:2- 10ю. Тогда наша машина времени проектировала бы на один год отрезок времени в 20 миллиардов лет, и вся новая эра от начала уместилась бы примерно в 3 секунды. Для простоты мы совместим начала отсчета времени для реальной и гипотетической эволюции. Тогда эволюционный эксперимент начался бы в январе, феврале или марте года, предшествующего Большому Взрыву, а в первые 3 секунды нового года уложилась бы вся история с начала новой эры. Результат такого «эксперимента» представлен в табл. 2.1 и 2.2.
Первый эксперимент обнаружил в процессе эволюции множество тонкостей. Чтобы разобраться в них, проведем второй гипотетический эксперимент продолжительностью около 20 лет с коэффициентом сжатия временной шкалы 1 : 109. В новом эксперименте цейтрафферная машина сокращает миллиард лет до одного года. Предположим, что наш второй эксперимент начался в 1970 г. Перелистаем лабораторные записи, представленные в табл. 2.3—2.5.
Более совершенная оптика позволяет нам рассмотреть множество деталей, временное упорядочение которых сопряжено с известными неопределенностями. Сильнейшее впечатление от нашего гипотетического эксперимента несомненно связано со значительным ускорением эволюционного процесса по мере продвижения по времени. Глубокую причину такого ускорения ныне усматривают в эволюционной обратной связи (Николис, Пригожин, 1979), которая заключается в воздействии механизмов эволюции на породившие ее факторы (Riedl, 1975).
