ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
е. за время своего существования она обернулась вокруг
центра Млечного Пути не более 30 раз.
7.4. Эволюция — история жизни 291
По существующим закономерностям вращения спиральных
ветвей с постоянной угловой скоростью (аналогично спицам колеса),
а также движения звезд в Галактике почти все звезды то
попадают внутрь рукавов, то выходят из них. Редкое исключение
из этого правила представляют лишь звезды, находящиеся
на коротационной окружности, представляющей относительно
наиболее спокойное место Галактики. Именно там и расположено
Солнце. Для Земли последнее обстоятельство исключительно
важно, ибо в рукавах происходят бурные процессы, порождающие
мощное губительное для всего живого излучение, защитить
от которого не смогла бы никакая атмосфера.
Длительное время положение Солнца среди звезд считалось
самым заурядным, и только теперь стало ясно, насколько оно
«привилегированное». Миллиарды лет Земля не испытывала
катастрофического воздействия наиболее мощных космических
катаклизмов, случавшихся за это время, что непременно следует
учитывать при рассмотрении возможности существования
жизни в иных частях нашей Галактики и Вселенной в целом.
7.4.1.3. Земля
Исследования земных и лунных пород, а также вещества
метеоритов показали, что в окружающей нас части Солнечной
системы нет вещества старше 4,6 млрд лет, поэтому признано,
что она (система) возникла около 5 млрд лет назад. Современные
астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что
Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее
возраст составляет 4,5—5 млрд лет.
В начальный период развития наша планета была мало похожа
на свое современное состояние. Столкновения частиц газопылевого
облака вызвали их нагрев, после чего начали проявляться
процессы гравитационной дифференциации вещества.
Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли,
а легкие — поднимались. В определенный момент размеры Земли
стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее
недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую
в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.
Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась
коркой, которая коробилась по мере остывания недр
и уменьшения их объема. В результате 4 млрд лет назад возникла
твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необратимый
процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную
кору, образовывались в определенной последовательности,
292 Глава 7. БИОСФЕРА
в результате чего планета приобрела сложную геологическую
структуру.
До тех пор пока температура Земли не снизилась до 100 °С,
вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера,
видимо, была «восстановительной», что подтверждается на-
ли [ием в самых древних горных породах Земли металлов в восстановленной
форме, таких, как двухвалентное железо (Fe2+).
Подсчитано, что возникновение Земли из допланетного облака
длилось примерно 100 млн лет.
7.4.1.4. Шкалы времени
С момента образования Земля прошла необратимый
путь развития и приобрела сложную геологическую структуру.
Используя специальные геологические методы, ученые
восстановили основные этапы эволюции Земли.
Подлинную революцию в изучении истории Земли совершила
наука палеонтология (от греч. palaios — древний, ontos —
сущее, logos — учение), изучающая вымерших животных
и растения. Отмирая, они оставались в древних осадках, «консервировались
» в них и превращались в окаменелости. Опираясь
на результаты палеонтологических исследований, геологи
подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд
естественных серий, каждой из которых характерен свой определенный
комплекс ископаемых окаменелостей.
Для определения относительного возраста пород используют
ископаемые останки не только животных, но и растений
(споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные
ископаемые организмы для определенного отрезка геологического
времени называют руководящей фауной.
Палеонтологический метод применим только к осадочным
отложениям, так как в магматических и метаморфических породах
ископаемые организмы не встречаются. Кроме того, этот
метод не позволяет определить продолжительность эр и периодов
в годах. Для того чтобы сравнить события в биосфере с событиями
за ее пределами, нужна иная шкала — астрономическая
или адекватная ей, которая может использоваться в качестве
абсолютной шкалы. Поэтому, спустя 100 лет после
разработки палеонтологического метода, было предложено определять
время в годах с момента образования породы, пользуясь
радиоизотопным методом.
Радиоизотопные методы измерения промежутков времени
в миллиарды лет основаны на том, что всегда и независимо от
7.4. Эволюция — история жизни 293
внешних условий число радиоактивных атомов (Nt) и масса
изотопа убывают со временем по закону
где N0 — начальное количество изотопа; t — время процесса;
Т0 5 — период полураспада.
Изотопы звездного происхождения с периодами полураспада
в 105—107 лет в земной коре до наших дней не сохранились.
Они стали вновь возникать только после 1945 г. как результат
ядерных взрывов и управляемых ядерных реакций.
Тем не менее в природе существуют изотопы с периодами
полураспада, сравнимыми с возрастом Вселенной. К ним относятся
изотопы урана, тория и калия, которые были свидетелями
времен образования Солнечной системы.
Среди многочисленных методов определения «абсолютного
» возраста объекта наиболее распространены свинцово-ура-
ноториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.
Так, свинцово-ураноториевый (или свинцовый) метод основан
на использовании трех процессов радиоактивного распада:
2 3 8U -> 2 0 6Pb, 2 3 5U -> 2 0 7Pb, 2 3 2Th -> 2 0 8РЬ. Измерив в ура-
ноториевом минерале содержание всех шести изотопов урана,
тория и свинца, можно найти пять изотопных отношений:
2 3 8U / 2 3 5U; 2 0 6Pb / 2 3 8U, 2 0 7Pb / 2 3 5U; 2 0 8Pb / 2 3 2Th
и 2 0 7Pb / 2 0 6Pb. Из 100 г урана за 74 млн лет образуется 1 г (1%)
изотопа свинца (2 0 6РЬ), накапливающегося в минералах. Первое
отношение 2 3 8U / 2 3 5U во всех случаях составляет 137,7, и
поэтому остальные четыре отношения позволяют получить четыре
оценки возраста минерала. Когда все четыре отношения
дают одинаковый возраст, результат признается достоверным.
Точность этого метода самая высокая и оценивается в ± 5%.
Свинцовый метод применяется ограниченно, поскольку урано-
ториевые минералы встречаются в природе редко.
Возраст более молодых пород (до 60 тыс. лет) определяют
по содержанию радиоактивного изотопа углерода 1 4С, который
образуется в высоких слоях атмосферы под действием космических
нейтронов. Период полураспада 1 4С составляет 5730 лет.
Измеряя содержание этого изотопа, можно определить, когда
росло дерево, когда оно синтезировало органические соединения
из атмосферного диоксида углерода.
Учет изотопов кислорода, входящих в состав СаС03, составляющего
раковину моллюсков, позволяет определить даже
температуру воды, в которой жил вымерший вид, и многое
другое.
294 Глава 7. БИОСФЕРА
7.4.2. Эволюция биосферы
Одной из центральных проблем биологии является природа
жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ
и объединяющая их структурная и функциональная близость.
Главными современными теориями возникновения жизни на
Земле являются следующие:
• сотворение Богом в определенное время;
• самопроизвольное и неоднократное возникновение из неживого
вещества;
• изначальное существование, т. е. была всегда;
• появление на планете извне;
• возникновение в результате процессов, подчиняющихся
химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).
В основе биологической эволюции лежат уникальные процессы
самовоспроизведения макромолекул и живых организмов,
таящие в себе почти неограниченные возможности преобразования
систем в ряду поколений. Применительно к живым
организмам эволюцию определяют как «развитие сложных организмов
из предшествующих более простых организмов с течением
времени».
Биологическая эволюция — необратимое и в известной
степени направленное историческое развитие живой природы,
сопровождающееся изменением генетического состава популяций,
формированием адаптации, образованием и вымиранием
видов, преобразованиями биогеоценозов, крупных экосистем
и биосферы в целом. I Результатом биологической эволюции всегда является
соответствие развивающейся живой системы условиям
ее существования.
Достижение этого соответствия сопряжено с преимущественным
распространением одних и гибелью других дискретных
биологических систем.
центра Млечного Пути не более 30 раз.
7.4. Эволюция — история жизни 291
По существующим закономерностям вращения спиральных
ветвей с постоянной угловой скоростью (аналогично спицам колеса),
а также движения звезд в Галактике почти все звезды то
попадают внутрь рукавов, то выходят из них. Редкое исключение
из этого правила представляют лишь звезды, находящиеся
на коротационной окружности, представляющей относительно
наиболее спокойное место Галактики. Именно там и расположено
Солнце. Для Земли последнее обстоятельство исключительно
важно, ибо в рукавах происходят бурные процессы, порождающие
мощное губительное для всего живого излучение, защитить
от которого не смогла бы никакая атмосфера.
Длительное время положение Солнца среди звезд считалось
самым заурядным, и только теперь стало ясно, насколько оно
«привилегированное». Миллиарды лет Земля не испытывала
катастрофического воздействия наиболее мощных космических
катаклизмов, случавшихся за это время, что непременно следует
учитывать при рассмотрении возможности существования
жизни в иных частях нашей Галактики и Вселенной в целом.
7.4.1.3. Земля
Исследования земных и лунных пород, а также вещества
метеоритов показали, что в окружающей нас части Солнечной
системы нет вещества старше 4,6 млрд лет, поэтому признано,
что она (система) возникла около 5 млрд лет назад. Современные
астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что
Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее
возраст составляет 4,5—5 млрд лет.
В начальный период развития наша планета была мало похожа
на свое современное состояние. Столкновения частиц газопылевого
облака вызвали их нагрев, после чего начали проявляться
процессы гравитационной дифференциации вещества.
Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли,
а легкие — поднимались. В определенный момент размеры Земли
стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее
недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую
в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.
Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась
коркой, которая коробилась по мере остывания недр
и уменьшения их объема. В результате 4 млрд лет назад возникла
твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необратимый
процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную
кору, образовывались в определенной последовательности,
292 Глава 7. БИОСФЕРА
в результате чего планета приобрела сложную геологическую
структуру.
До тех пор пока температура Земли не снизилась до 100 °С,
вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера,
видимо, была «восстановительной», что подтверждается на-
ли [ием в самых древних горных породах Земли металлов в восстановленной
форме, таких, как двухвалентное железо (Fe2+).
Подсчитано, что возникновение Земли из допланетного облака
длилось примерно 100 млн лет.
7.4.1.4. Шкалы времени
С момента образования Земля прошла необратимый
путь развития и приобрела сложную геологическую структуру.
Используя специальные геологические методы, ученые
восстановили основные этапы эволюции Земли.
Подлинную революцию в изучении истории Земли совершила
наука палеонтология (от греч. palaios — древний, ontos —
сущее, logos — учение), изучающая вымерших животных
и растения. Отмирая, они оставались в древних осадках, «консервировались
» в них и превращались в окаменелости. Опираясь
на результаты палеонтологических исследований, геологи
подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд
естественных серий, каждой из которых характерен свой определенный
комплекс ископаемых окаменелостей.
Для определения относительного возраста пород используют
ископаемые останки не только животных, но и растений
(споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные
ископаемые организмы для определенного отрезка геологического
времени называют руководящей фауной.
Палеонтологический метод применим только к осадочным
отложениям, так как в магматических и метаморфических породах
ископаемые организмы не встречаются. Кроме того, этот
метод не позволяет определить продолжительность эр и периодов
в годах. Для того чтобы сравнить события в биосфере с событиями
за ее пределами, нужна иная шкала — астрономическая
или адекватная ей, которая может использоваться в качестве
абсолютной шкалы. Поэтому, спустя 100 лет после
разработки палеонтологического метода, было предложено определять
время в годах с момента образования породы, пользуясь
радиоизотопным методом.
Радиоизотопные методы измерения промежутков времени
в миллиарды лет основаны на том, что всегда и независимо от
7.4. Эволюция — история жизни 293
внешних условий число радиоактивных атомов (Nt) и масса
изотопа убывают со временем по закону
где N0 — начальное количество изотопа; t — время процесса;
Т0 5 — период полураспада.
Изотопы звездного происхождения с периодами полураспада
в 105—107 лет в земной коре до наших дней не сохранились.
Они стали вновь возникать только после 1945 г. как результат
ядерных взрывов и управляемых ядерных реакций.
Тем не менее в природе существуют изотопы с периодами
полураспада, сравнимыми с возрастом Вселенной. К ним относятся
изотопы урана, тория и калия, которые были свидетелями
времен образования Солнечной системы.
Среди многочисленных методов определения «абсолютного
» возраста объекта наиболее распространены свинцово-ура-
ноториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.
Так, свинцово-ураноториевый (или свинцовый) метод основан
на использовании трех процессов радиоактивного распада:
2 3 8U -> 2 0 6Pb, 2 3 5U -> 2 0 7Pb, 2 3 2Th -> 2 0 8РЬ. Измерив в ура-
ноториевом минерале содержание всех шести изотопов урана,
тория и свинца, можно найти пять изотопных отношений:
2 3 8U / 2 3 5U; 2 0 6Pb / 2 3 8U, 2 0 7Pb / 2 3 5U; 2 0 8Pb / 2 3 2Th
и 2 0 7Pb / 2 0 6Pb. Из 100 г урана за 74 млн лет образуется 1 г (1%)
изотопа свинца (2 0 6РЬ), накапливающегося в минералах. Первое
отношение 2 3 8U / 2 3 5U во всех случаях составляет 137,7, и
поэтому остальные четыре отношения позволяют получить четыре
оценки возраста минерала. Когда все четыре отношения
дают одинаковый возраст, результат признается достоверным.
Точность этого метода самая высокая и оценивается в ± 5%.
Свинцовый метод применяется ограниченно, поскольку урано-
ториевые минералы встречаются в природе редко.
Возраст более молодых пород (до 60 тыс. лет) определяют
по содержанию радиоактивного изотопа углерода 1 4С, который
образуется в высоких слоях атмосферы под действием космических
нейтронов. Период полураспада 1 4С составляет 5730 лет.
Измеряя содержание этого изотопа, можно определить, когда
росло дерево, когда оно синтезировало органические соединения
из атмосферного диоксида углерода.
Учет изотопов кислорода, входящих в состав СаС03, составляющего
раковину моллюсков, позволяет определить даже
температуру воды, в которой жил вымерший вид, и многое
другое.
294 Глава 7. БИОСФЕРА
7.4.2. Эволюция биосферы
Одной из центральных проблем биологии является природа
жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ
и объединяющая их структурная и функциональная близость.
Главными современными теориями возникновения жизни на
Земле являются следующие:
• сотворение Богом в определенное время;
• самопроизвольное и неоднократное возникновение из неживого
вещества;
• изначальное существование, т. е. была всегда;
• появление на планете извне;
• возникновение в результате процессов, подчиняющихся
химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).
В основе биологической эволюции лежат уникальные процессы
самовоспроизведения макромолекул и живых организмов,
таящие в себе почти неограниченные возможности преобразования
систем в ряду поколений. Применительно к живым
организмам эволюцию определяют как «развитие сложных организмов
из предшествующих более простых организмов с течением
времени».
Биологическая эволюция — необратимое и в известной
степени направленное историческое развитие живой природы,
сопровождающееся изменением генетического состава популяций,
формированием адаптации, образованием и вымиранием
видов, преобразованиями биогеоценозов, крупных экосистем
и биосферы в целом. I Результатом биологической эволюции всегда является
соответствие развивающейся живой системы условиям
ее существования.
Достижение этого соответствия сопряжено с преимущественным
распространением одних и гибелью других дискретных
биологических систем.