Жизнь на Земле. Естественная история

Сине-зеленых можно найти в любых скоплениях влаги. Ковры их, расшитые серебряными пузырьками кислорода, устилают дно прудов. В заливе Шарк-Бей на северо-западном берегу тропической Австралии они развились в особенно эффектную и о многом говорящую форму. Вход в Хемелин-Пул, небольшое ответвление этой огромной бухты, перегорожен песчаной отмелью, заросшей валлиснерией спиральной. Движение воды в заливчик и из него настолько затруднено, что от активного испарения под жгучим солнцем соленость в нем стала очень высокой. Из-за этого морские животные вроде моллюсков, которые в обычных условиях питаются сине-зелеными и не дают им особенно размножаться, там жить не могут. И сине-зеленые благоденствуют, никем не тревожимые, как в те далекие дни, когда они были наиболее развитой формой жизни на Земле. Они выделяют известь, образуя каменные подушки у берегов заливчика и искривленные колонны на большей глубине. Тут-то и кроется объяснение таинственных фигур, срезы которых видны на Ганфлинт-Черте. Сине-зеленые колонны Хемелин-Пула — это живые строматолиты, и, разглядывая их группы на испещренном солнечными бликами морском дне, мы словно переносимся в мир, от которого нас отделяют 2 млрд. лет.

Появление сине-зеленых было критическим моментом в истории жизни. Кислород, который они выделяли, накапливался сотни и сотни миллионов лет, создавая нашу современную атмосферу, значительную часть которой он составляет. От него зависит наша жизнь и жизнь всего живого. Мы нуждаемся в кислороде не только, чтобы дышать, — он защищает нас. Атмосферный кислород образует заслон, слой озона, который поглощает почти всю ультрафиолетовую часть солнечного излучения. Именно эти лучи обеспечивали энергию для синтеза аминокислот и сахаров в первозданном океане, а потому появление сине-зеленых исключило возможность того, что жизнь на Земле когда-либо вновь возникнет тем же способом.

На этой стадии развития жизнь пребывала очень долго. Но затем произошел следующий решительный скачок. Как именно это произошло, мы еще точно не знаем, но подобия организмов, возникших в результате этого скачка, можно найти буквально в любом пресном водоеме.

Капелька прудовой воды под микроскопом кишит крохотными организмами: одни вертятся, другие ползают, третьи ракетами проносятся поперек поля зрения. Их групповое название — простейшие. Все они — одноклеточные, однако внутри их оболочек находятся структуры куда более сложные, чем у бактерий. Основной компонент такой структуры — ядро, полное ДНК. Оно, по-видимому, и является организующей силой клетки. Продолговатые тельца — митохондрии — обеспечивают ее энергией, сжигая кислород, примерно так же, как бактерии. У многих клеток имеется быстро виляющий жгутик, который сходен с нитевидной бактерией спирохетой. Кроме того, некоторые простейшие организмы обладают хлоропластами — телами, содержащими хлорофилл и, подобно сине-зеленым, использующими солнечный свет для образования сложных молекул, служащих им пищей. Таким образом, каждый из этих мельчайших организмов как бы объединяет в себе ряд более простых организмов. По мнению некоторых исследователей, простейшие и представляют собой именно такое объединение. Быть может, клетка, которая обычно питалась, обволакивая другие частицы, при каких-то обстоятельствах включила в себя некоторое количество бактерий и сине-зеленых, оставшихся непереваренными, и в результате образовалось сообщество, ведущее единую жизнь в еще невиданной близости. Но каким бы образом ни возникли эти организмы, микроокаменелости свидетельствуют, что столь сложные клетки появились примерно 1200 млн. лет назад, то есть в начале сентября нашего условного «года жизни».

Простейшие, как и бактерии, размножаются делением, но их внутреннее строение гораздо сложнее, и, естественно, деление простейших — процесс тоже очень сложный. Большинство отдельных структур, входящих в сообщества, также делятся. Более того, митохондрии и хлоропласты, обладающие собственной ДНК, нередко делятся независимо от деления всей клетки. ДНК ядра разделяется особо сложным способом, обеспечивающим копирование всех ее генов, причем таким образом, что обе дочерние клетки получают полный их набор. У различных простейших существует еще несколько способов размножения. Они разнятся в частностях. Но характерной особенностью всех способов является та или иная перетасовка генов. В некоторых случаях это происходит, когда две клетки сливаются и обмениваются генами перед тем, как вновь разъединиться, а затем содержат два полных набора генов и после их перетасовки разделяются, образуя две новые клетки, но уже с одним набором в каждой. Такие клетки бывают двух типов — крупная, относительно неподвижная клетка и клетка поменьше, активная, передвигающаяся с помощью жгутика. В этом различии заложена основа разделения полов. Первая называется яйцеклеткой, вторая — сперматозоидом. Когда обе эти клетки сливаются в новую клетку, гены опять располагаются двумя наборами, но уже в новых комбинациях — с генами не одного родителя, а двух. Такая комбинация вполне может оказаться уникальной и даст чуть иной организм с новыми характерными чертами. Разделение организмов по полу увеличивало возможности генетических изменений и тем самым заметно повышало скорость эволюции.

Простейших насчитывается около 10 тысяч видов. Одни покрыты множеством колышащихся нитей, так называемых ресничек, согласованное движение которых обеспечивает перемещение в воде. Другие, в том числе амеба, движутся по-иному: они выпячивают псевдоподии (ложноножки) и переливаются в них. Многие морские простейшие вырабатывают из кремнезема или углекислого кальция раковинки очень сложной структуры и поразительной красоты, открывающейся только исследователю, вооруженному микроскопом. Одни напоминают миниатюрные раковины улиток, другие — чудесные вазы и сосуды. Самые изящные слагаются из блестящего прозрачного кремнезема в концентрические сферы, пронизанные иглами, в готические шлемы, колокольни в стиле рококо и космические корабли в венце радиоантенн. Обитатели этих раковинок высовывают в отверстия длинные нити, которыми и захватывают частицы пищи.

Другие одноклеточные питаются с помощью фотосинтеза, что происходит благодаря содержащемуся в них хлорофиллу. Их можно считать растениями, а питающихся ими остальных членов группы — животными. Однако на таком уровне это различие выражено далеко не столь четко, как может показаться на первый взгляд, — ведь существует немало видов, которые способны в определенных условиях использовать и тот и другой способ питания.

Некоторые одноклеточные настолько велики, что видны невооруженным глазом. Потренировавшись, можно довольно быстро научиться различать в капле прудовой воды амебу — движущееся серое студенистое пятнышко. Однако рост одноклеточных организмов имеет предел, поскольку увеличение размеров затрудняет химические процессы, происходящие внутри клетки, и снижает их эффективность. Впрочем, увеличение размеров можно обеспечить иным способом — группировкой клеток в организованную колонию.

К таким колониальным видам принадлежит, например, вольвокс — полый шар величиной почти с булавочную головку, состоящий из большого числа клеток, снабженных жгутиками. Эти объединения замечательны тем, что составляющие их клетки практически ничем не отличаются от одиночных клеток, ведущих самостоятельное существование. Вместе с тем деятельность клеток, составляющих вольвокс, координированна — все жгутики на шаре движутся согласованно и гонят его в определенном направлении.

Такого рода координация между клетками, составляющими колонию, сделала новый шаг вперед около 800 млн. — 1 млрд. лет назад (где-то в октябре по нашему календарю), когда появились губки. Губки достигают значительной величины. Некоторые виды образуют на морском дне мягкие бесформенные подушки до 2 м. в поперечнике. Их поверхность пронизана мельчайшими порами, сквозь которые в тело с помощью жгутиков втягивается вода, извергаемая затем по более крупным каналам. Губка питается, отфильтровывая съедобные частицы из прогоняемого сквозь ее тело потока воды. Но компоненты ее связаны очень рыхло; отдельные клетки способны перемещаться по поверхности губки, как амебы. Когда две губки растут рядом, то по мере роста они могут сомкнуться и постепенно слиться в один организм. Если губку протереть сквозь мелкое марлевое сито так, чтобы она разделилась на отдельные клетки, эти клетки со временем вновь образуют губку и каждая займет в ее теле свое место. А самое замечательное состоит в том, что смешанные клетки двух губок, растертых таким образом, создадут единый организм смешанного происхождения.