Первая жизнь.
Первые живые клетки взрастила Земля примерно 3 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 скачать, валовая энергия жизни, потому что ее с избытком хватает не только для существования самих растений, но и для 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 его и квантом света. Частица без заряда, без массы покоя — сгусток энергии в минимальной расфасовке. Когда свет, иначе говоря, фотоны, падает сквозь полупрозрачную кожицу листьев на хлорофилловые зерна, молекулы хлорофилла их поглощают. Электроны этих молекул получают от фотонов дополнительную порцию энергии и переходят 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 фосфоресцирующие вещества, в которых химическая энергия превращается в световую. Значит, хлорофилл в пробирке не может удержать пойманную энергию света. Она здесь быстро рассеивается.
Иное дело в клетке — там в энергосистему хлорофиллы 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», теряют избыток энергии, полученной от фотонов, и возвращаются опять на старт — на свои места в молекуле хлорофилла. И она с этого момента снова способна поглотать фотоны. А избыточная энергия, аккумулированная в молекулах глюкозы, и есть та таинственная «жизненная сила», о которой много спорили натурфилософы прошлых веков. Питаясь ею, жизнь существует.
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 ели, тогда и существовали на Земле.
Теперь бактерии и сине-зеленые водоросли с растениями-то не считают! В особое надцарство их 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 ядре, отделенном от цитоплазмы клетки мембраной. Здесь помещается она в хромосомах микроскопических тельцах, несущих наследственную информацию.
Ядерные одноклеточные впервые появились, в верхнем протерозое. В этой же эре интенсивного формирования живых существ от колониальных жгутиконосцев типа вольвокса произошли, наверное, многоклеточные животные. Развитие жизненных форм шло быстро. В кембрии были представлены уже все известные науке типы. Затем какие-то древние хордовые дали начало ланцетникам— прародителям позвоночных животных. 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 сформировались 4.5 миллиарда лет назад и была окружена первичной атмосферой: аммиак, метан, пары воды, окись углерода, углекислый газ, водород, азот.
| Эры (начало и конец в миллиардах лет назад) | Биохимические и биологические объекты |
| Катархей 4,5-3 | Аминокислоты, пептиды, пурины, пиримидины, нуклеиды, порфирины, микросферы, предклетки. |
| Архей 3-1,9 | Первые живые клетки (доядерные, анаэробные). Анаэробные и хемотрофные бактерии. Нитчатые и округлые водоросли (синезеленые). |
| Протерозой: | |
| Нижний 1,9-1,6 | Строматолиты синезеленых водорослей и онколиты бактерий. Фотосинтезирующие бактерии. |
| Верхний (или Рифей) 1,6 -0,57 | Организмы с клеточными ядрами. Многоклеточные животные, близкие к медузам, червям, морским перьям, членистоногим. |
Предыдущая статья из главы: Как образовалась жизнь на Земле?