Как возникла и развилась жизнь на Земле

Гремяцкий Михаил Антонович

На большом фактическом материале книга знакомит с основными моментами истории вопроса о происхождении и развитии жизни на Земле, излагает методы научного исследования и наиболее существенные достижения в этой области; конкретные примеры дают понятие о главнейших представителях живого мира в ходе их постепенного усложнения и совершенствования.

Книга написана весьма популярно и рассчитана на широкий круг читателей.

 

 

Введение

Знаете ли вы такое восточное сказание?

В одной стране на берегу судоходной реки стоял большой город. Караваны с товарами тянулись к нему с разных сторон, десятки судов разгружались и нагружались на его пристанях. Это был огромный людской муравейник. Прибывший издалека странник спросил у одного из местных старожилов: «Давно ли основан город и что тут раньше было?» Горожанин ответил: «Я родился и вырос в этом городе; здесь родились и выросли мои отец и дед, и насколько хватит человеческой памяти, здесь всегда был этот город, и никто не знает, когда и кем он был основан».

Прошли века. На том месте, где раньше стоял город, простиралась широкая морская гладь. На пустынном низменном берегу моря ютились жалкие рыбачьи хижины. Рыбаки выезжали каждый день в море за добычей и, проводя целые дни в труде, едва могли прокормить себя и семью. Проходивший здесь странник спросил как-то у старого рыбака: «Давно ли здесь тянется этот морской берег и что было тут раньше?» Старик засмеялся и сказал: «Я семьдесят лет живу на этом берегу; здесь родились и выросли мои отец и дед. Всегда здесь было море, и ничего другого никогда тут не было».

Снова прошли века. На месте морского берега раскинулась плодородная равнина. Вдали темнел густой лес. Большое село стояло возле. Пахарь работал в поле. Прохожий спросил его: «Давно ли стоит тут это село и что было здесь раньше?» Пахарь ответил: «В этом селе я родился и вырос; в нем жили и умерли мои отец и дед. Я никогда не слышал, чтобы здесь было что-либо другое. Село всегда стояло тут, и всегда наши прадеды обрабатывали эту землю».

Это сказание говорит о том, что люди мало знают о прошлом и часто не замечают перемен, которые происходят вокруг них.

Между тем и в природе, и в жизни общества непрерывно совершаются различные изменения. Вера в неизменяемость, незыблемость всего существующего оказывается ложной, хотя церковь всегда старательно поддерживала и теперь поддерживает эту веру. Попы упорно твердят, что Земля всегда была такой, какой ее «создал бог в дни творения». Они без устали повторяют, что так же всегда должен существовать и якобы установленный богом общественный порядок, по которому люди делятся на богатых и бедных, на господ и рабов, на привилегированных и бесправных.

Но человеческое общество, как это всем известно, также постоянно изменяется. Великая Октябрьская революция на деле опровергла лживые поповские измышления. Она принесла освобождение угнетенным и гибель угнетателям на целой шестой части Земли. Она воочию убедила всех, что общественная жизнь коренным образом перестраивается. Победившее в нашей стране социалистическое общество непрестанно и неуклонно развивается дальше, и теперь СССР вступил уже «в новую полосу развития, в полосу завершения строительства бесклассового социалистического общества и постепенного перехода от социализма к коммунизму». (Тезисы доклада т. Молотова на XVIII съезде ВКП(б). Не за горами теперь и то время, когда социализм восторжествует во всем мире, несмотря на все беснования фашистских палачей.

Развитие общества, как и всей природы, подчиняется тем законам, которые были открыты и разъяснены великими учителями человечества Марксом, Энгельсом, Лениным, Сталиным.

В полную противоположность вредным и вздорным религиозным верованиям, законы диалектики убеждают в том, что природу надо рассматривать не как состояние «покоя и неподвижности, застоя и неизменяемости, а как состояние непрерывного движения и изменения, непрерывного обновления и развития, где всегда что-то возникает и развивается, что-то разрушается и отживает свой век» («Краткий курс истории ВКП(б)», стр. 101).

Таким образом, наукой, идущей рука-об-руку с человеческой практикой, опровергнуто и учение церкви о неизменности Земли и всего на ней живущего. Всем известно, что в природе время от времени происходят крупные перевороты. Кто не слышал о землетрясениях, разрушающих в несколько минут обширные области и населенные города? Кто не знает об извержениях «огнедышащих гор» — вулканов, иногда в короткое время засыпающих пеплом и заливающих лавой целые селения и округа?

Попы, конечно, не могут отрицать этих фактов, но они уверяют, что бог-де иногда находит нужным нарушить спокойствие Земли: он посылает на нее неожиданные беды и потрясения, он на время отступает от установленного им самим порядка…

Но это — только обычные поповские увертки. Наряду с резкими и быстрыми переменами непрерывно идут медленные изменения, незаметные и неуловимые для человека за его короткую жизнь. Основатель современной науки о Земле — геологии — Ляйелль еще сто лет назад показал, к чему приводят эти медленные, «незаметные» перемены в окружающей нас природе. Действуя в определенном направлении и накапливаясь на протяжении миллионов лет жизни Земли, они постепенно «переделывают» и вид самой Земли, и условия жизни на ней, и формы населяющих ее живых существ. Проходит время — и Земля становится неузнаваемой.

Об изменениях жизни на Земле должна рассказать наша книжка. В ней будет речь о том, как появились на Земле первые растения и животные и как возникшая на Земле жизнь развивалась дальше, как одни организмы вымирали и сменялись другими. Читатель при этом увидит, как нелепы и неправдоподобны библейские сказки о сотворении мира в шесть дней. Ни один точно установленный наукой факт с ними не мирится. Читатель увидит, как свободная от религиозных оков человеческая мысль билась над великим вопросом о возникновении и развитии жизни, как смелые построения древних мудрецов были частью уточнены, частью опровергнуты завоеваниями науки и как, наконец, после долгих и упорных исканий наука находит путь к правильному решению задачи, много веков волновавшей лучшие умы человечества.

Так и в этом вопросе, как во всех других отраслях науки, ученые при помощи бесспорных фактов и доказательств не оставили ни малейшего места «богу-творцу». Наука и религия непримиримы.

 

I. Из истории учения о произвольном зарождении

Перенесемся мысленно к ранней поре европейской культуры. Это было лет за 500 до начала нашего летосчисления. Мы — в древней Греции, точнее говоря, в тех ее областях, которые простирались далеко на запад, на острова и полуострова Средиземного моря. Если бы нам случилось побывать в тамошних городах и селах на народных праздниках, мы, конечно, встретили бы знаменитых певцов и рассказчиков, среди которых особой славой пользовался Ксенофан. Он был не только рассказчиком и певцом, но и учителем мудрости, одним из крупнейших греческих философов. Стоило ему начать петь, перебирая струны своего инструмента — кифары, как отовсюду спешил народ, чтобы услышать остроумную шутку, занимательную историю, интересное рассуждение. Больше всего от насмешливого старика доставалось богам и старинным преданиям о богах.

Ксенофан не боялся выставить на всенародный показ вздорность и нелепость религиозных верований. Он бесстрашно глумился над богами, которых люди наделяли собственными пороками. «Боги очень похожи на людей, — говорил Ксенофан, — потому, что люди сами их придумали, они создали себе богов по своему образу и подобию… Если бы быки, лошади и львы могли изобразить своих богов, то они нарисовали бы их в виде быков, лошадей и львов, то-есть по своему подобию». Больше 60 лет странствовал Ксенофан по белу свету (он умер девяноста лет с лишком), повидав очень много на своем веку. Он знал, что негры наделяют своих богов черной кожей и плоскими носами, а жители Фракии (часть древней Греции), будучи сами рыжеватыми блондинами, и богов рисуют с голубыми глазами и рыжими волосами. Во время долгих путешествий Ксенофан научился многому.

У Ксенофана мы находим первые зачатки научных знаний о Земле и ее истории. Посещая каменоломни, Ксенофан не раз находил ископаемые остатки морских растений и животных в таких местах, от которых море было удалено на много километров. Например, в городе Сиракузах в глубоких пластах земли он видел отпечатки рыб и морских водорослей; на острове Мальта вдали от морского берега встречал морские раковины; в других местах видел окаменелые кости морских зверей (тюленей). Из этих отдельных фактов философ сделал замечательные выводы. Он высказал мысль о медленной, постепенной смене суши и моря; он говорил, что много веков назад море занимало те места, где теперь кипит человеческая деятельность, что постепенно море отступило, но следы его сохранились в виде остатков растений и животных. Странными казались тогда эти рассуждения. Но трезвая и ясная мысль учителя не пропала даром. Из брошенных им семян выросла обильная жатва греческой мудрости. А греческая мудрость была началом нашей современной науки.

* * *

Что думал Ксенофан о начале жизни? Мы не знаем этого. Время — почти две с половиной тысячи лет — не пощадило тех древних записей, которые могли бы нам подробнее рассказать об его учении. Позаботились об уничтожении древних рукописей также «наставники и учители» христианской церкви — эти всегдашние гонители свободной мысли, трусливо замазывавшие всякую щель, через которую луч разума мог бы проникнуть в одурманенные головы их паствы.

Но кое-что из учений античных мудрецов (античным называется древний греческий и римский мир) все-таки до нас дошло.

Греческие мудрецы сослужили великую службу развитию науки. Они первые высказали мысль, что живые существа появились на Земле не потому, что их создало какое-то божество, а по естественным, природным причинам. Эту мысль подробно доказывали и разъясняли греческий мудрец Демокрит и его последователи: Эпикур и Лукреций. От Лукреция (он жил почти 2000 лет назад) до нас сохранилось большое сочинение «О природе вещей». Здесь нарисована такая картина появления жизни на Земле.

Сначала, по словам Лукреция, на молодой Земле возникли растения:

«В самом начале травой всевозможной и зеленью свежей Всюду покрыла земля изобильно холмы и равнины; Зазеленели луга, сверкая цветущим покровом… Как обрастают сперва пушком, волосами, щетиной Четвероногих тела и птиц оперенные члены, Так молодая земля травой и кустами сначала Вся поросла, а лотом породила и смертных животных Множество, разным путем и в условиях разных возникших. Ибо не могут никак животные с неба свалиться Или из заводей выйти соленых земные созданья. Вот почему — остается признать, что заслуженно носит Матери имя земля, ибо все из земли породилось» [1] .

Потом Земля породила и человека. Первые люди были дикими и вели жалкую жизнь, скитаясь по лесам и полям; жить стало легче, когда люди начали применять палки и камни в качестве первых орудий. Впоследствии открыли огонь, узнали металлы и перешли к оседлой жизни; наконец, приручили животных и стали разводить растения. Все это в ярких красках изображено в замечательной поэме Лукреция. В ней за две тысячи лет до нас высказаны многие мысли, которые проверила и подтвердила наука последних десятилетий.

* * *

В истории науки огромную роль сыграл древнегреческий философ Аристотель, живший в IV веке до нашего летосчисления. Его сочинения усердно изучались и в позднейшие века. Церковь сумела извратить и исказить многие его мысли и в таком искаженном виде признала, их за истину, не подлежащую критике. Потребовался немалый труд, чтобы восстановить действительные взгляды Аристотеля. Важны соображения его относительно возникновения животных. Аристотель думал, что в природе есть два способа появления животных существ. Первый способ, всем хорошо известный, состоит в том, что организмы рождаются от себе подобных родителей.

Второй способ состоит в возникновении организмов без участия родителей, — прямо из земли, из воды, из воздуха. Когда солнечный луч согреет ил, навоз или гниющие вещества, когда их оросит весенний дождь, в них — этих неживых веществах — зародится жизнь: как из земли возникают растения, так из гниющего ила, пропитанного росой, зарождаются черви, клещи, личинки ос; подобным образом из гниющего дерева происходят рои пчел, а из нечистот и гниющих трупов — глисты и другие черви; в воде колодцев и болот возникают комары; в гниющем речном иле, в тине и песке зарождаются раки, слизняки и рыбы, а из мокрой земли выходят лягушки и даже мыши. Таково было учение Аристотеля о «произвольном зарождении». Прав ли был он?

Нет! Аристотель глубоко ошибался, опираясь на неправильные, неточные наблюдения; он замечал, что от солнечного тепла в гниющем навозе заводятся черви, но упускал из виду, что они происходят из яичек, отложенных в навоз червями же. Яички не развивались, пока было холодно, но как только их согревало солнце, они быстро развивались, и из них выходили черви. Казалось, нетрудно было заметить ошибку Аристотеля: стоило только произвести точные наблюдения…

Но тянулись века за веками, одни народы сменялись другими, а уверенность в том, что мелкие животные могут возникать без родителей, крепко держалась.

Полторы тысячи лет признание произвольного зарождения жизни уживалось рядом с верой в библейского бога и в сотворение мира в шесть дней по его слову.

Христианская церковь тогда нисколько не осуждала учения о произвольном зарождении. Учители церкви говорили, что при рождении животных не от родителей божественная сила отступает от обычного порядка, который она сама установила. Церковные писатели повторяли слова Аристотеля, и никому не приходило в голову в них усомниться или проверить их. А ведь мнение Аристотеля было основано на наблюдениях, хотя и ошибочных. Церковники прибавили много собственных, уже совершенно вздорных выдумок о возникновении живых существ.

Так например, они пустили в ход рассказ об утином дереве. На морском берегу растет будто бы особое дерево, плоды которого попадают в воду и там превращаются в морские ракушки. Ракушки эти растут и потом перерождаются в уточек. Эта басня очень понравилась католическим попам и монахам. Они решили, что раз утки могут рождаться в морях, то их мясо не скоромное, и его можно есть постом. И когда народ усердно молился и постился, жирные монахи объедались жареными гусями и утками, заявляя, что это плоды утиного дерева.

Был распространен и другой рассказ, будто некоторые путешественники видели в восточных странах собственными глазами особые плоды, похожие на дыни, внутри которых заводились ягнята. Стали говорить о «растительном ягненке», которого будто бы можно употреблять и в пищу. Нетрудно догадаться, кому это было наруку.

Но ярче всего убеждение в возможности произвольного зарождения сказалось в попытках искусственно приготовить человека, или, как тогда говорили, «гомункула» (слово «гомункул»— латинское и по-русски значит «человечек»).

Вот как надо было поступить, чтобы получить гомункула, по совету одного ученого (Парацельса), жившего в начале XVI века, т. е. около 400 лет назад. «Возьми, — говорит он, — известную человеческую жидкость и оставь ее гнить сперва в запечатанной тыкве, потом в лошадином желудке сорок дней; тогда она начнет жить, двигаться и копошиться, что легко заметить. То, что получилось, еще не похоже на человека. Потом надо каждый день тайком и осторожно питать это человеческой кровью и сохранять в тепле лошадиного желудка сорок недель, после чего и произойдет настоящий живой ребенок, имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только очень маленький». Приводя такой рецепт, ученый скромно умалчивает, удался ли ему самому этот опыт.

Крупные естествоиспытатели XVI, XVII и даже XVIII века, выдающиеся умы этого времени (не говоря уже о более ранних временах) безоговорочно признавали произвольное зарождение. В числе их можно назвать Ван-Гельмонта, который остроумными опытами положил начало науке о питании растений. Возможность произвольного зарождения допускал и знаменитый Гарвей, открывший кровообращение. Не чужд был этому признанию великий философ и математик XVII века Декарт, а также величайший ученый Ньютон (1643–1727). Можно было бы назвать немало и других блестящих имен.

Однако уже в XVII веке, когда ученые стали все больше опираться на проверенные опыты и точные наблюдения, почва под ногами у сторонников произвольного зарождения заколебалась. Первый удар этому взгляду был нанесен итальянским поэтом и врачом Реди. Изучая способы размножения насекомых, он открыл, что мухи кладут яички, потом из них выходят белые «червячки», а эти последние уже превращаются в мух. У него возникло подозрение, не из яичек ли, отложенных мухами, выходят и те червячки, которые появляются в гниющем мясе.

Чтобы проверить свое предположение, Реди сделал простой, но убедительный опыт. Он положил кусок свежего мяса в банку и плотно затянул ее горло тонкой кисеей. На кисею садилось много мух, но ни одна не проникла к мясу. Реди видел, как мухи откладывали на кисею яички, однако плотная ткань не давала яичкам попасть на мясо, и хотя оно загнило, червей в нем не появилось. Разнообразя свои опыты, Реди повторял их много раз и всегда с полным успехом: если мухи не имели доступа к мясу, в нем не заводилось червей. Отсюда Реди сделал важный вывод: гниющие вещества — мясо, рыба — благоприятны для развития насекомых, служа им как бы удобным гнездом; однако новые насекомые появляются только в том случае, если в мясо отложены яички. Произвольного зарождения насекомых в гниющих веществах не происходит.

После своих блестящих опытов Реди все же не отбросил мысли о произвольном зарождении.

Он попрежнему допускал произвольное зарождение глистов во внутренностях животных и человека, зарождение червей в плодах растений и т. п.

 

II. Новые открытия

XVI и XVII века были временем глубокого перелома в истории науки. Она стала сбрасывать с себя оковы религиозности, она в тяжелой борьбе освобождалась от поповской опеки и с жаром устремлялась на новые пути. Наблюдение и опыт — вот источник истинного знания! Так говорили ученые этого времени. Казалось бы, вере в произвольное зарождение пришел конец. Но она была крепка и живуча. Случилось даже так, что как-раз вновь открытые факты были истолкованы, как доказательство существования произвольного зарождения. Это произошло после изобретения микроскопа.

Мы подходим к одному из величайших открытий науки о жизни. Его сделал голландец Левенгук (1632–1723), который вовсе не был профессиональным ученым и даже не получил большого образования. Левенгук был суконщиком, а в свободное время мастерил себе микроскопы.

То, что через стеклянные линзы (двояковыпуклые стекла) все предметы кажутся увеличенными, было известно уже давно, но искусство шлифовки таких линз было доступно лишь очень немногим. Левенгук не стал тратить денег на покупку увеличительных стекол, а начал шлифовать их сам и из них составлять микроскопы. Этим делом он занимался не год и не два, а больше двадцати лет и добился такого изумительного искусства, что его стекла были несравненно лучше, чем всякие другие. Через них были видны в рассматриваемых предметах такие мелкие подробности и с такой необычайной ясностью, о которых и мечтать не могли тогдашние ученые. Левенгук сделал себе несколько микроскопов и просиживал ночи напролет за наблюдениями. Что ни клал он под свои изумительные стекла, во всем находил нечто необычайное и никому не ведомое. То он рассматривает мелких насекомых, восхищаясь удивительным устройством мушиных глаз или хоботком бабочки или жалом пчелы. То он направляет свой микроскоп на тонкие пластинки, вырезанные из растений, и открывает в них строение, напоминающее пчелиные соты, только необычайно мелкие. То, разглядывая кусочки мяса, Левенгук замечает, что оно состоит из множества тончайших волокон, соединенных в пучки. Добыв бычий глаз, Левенгук восторгается тонким устройством его частей, а еще больше внимания уделяет он строению разных волосков, взятых от домашних и диких животных. Он, между прочим, прекрасно изучил особенности волос каждого пушного зверя.

Рис. 1. Антон Левенгук (1632–1723)

Много лет производил Левенгук свои наблюдения, рассматривая самые разнообразные предметы и всюду открывая вещи, никому раньше не известные. Однажды ему особенно посчастливилось: он сделал открытие там, где его меньше всего ожидал. Рассматривая под микроскопом каплю дождевой воды, стекавшей с крыши в бочку, он увидел, что эта капля населена мельчайшими существами, которые быстро плавали в ней, поворачивались, сталкивались друг с другом. Так был обнаружен новый мир мельчайших существ, мир обитателей воды, совершенно незаметных для простого глаза.

Рис. 2. Микроскоп Левенгука

Откуда же берутся в воде эти существа? Ученые того времени, верившие в произвольное зарождение, решали этот вопрос просто: мельчайшие живые организмы, которые кишат в капле болотной или колодезной воды, возникают там произвольно. Но Левенгук в таких вопросах доверял только своим глазам. Конечно, он тоже поставил перед собой вопрос, откуда берутся эти обитатели капли воды. Он рассуждал так: или они падают вместе с дождем с неба, или они живут в водосточной трубе, в жолобе и оттуда проникают в воду.

Чтобы узнать, какое мнение правильно, Левенгук взял чисто вымытое блюдо и вынес его на дождь. Когда блюдо наполнилось водой, Левенгук стал рассматривать ее каплю в свой микроскоп. И что же? В такой воде «мелких зверюшек», как говорил Левенгук, не оказалось. Левенгук дал этой воде постоять несколько дней и снова ее посмотрел. Теперь она была уже полна жизни. Вместе с пылинками в ней оказалось много мелких существ, оживляющих каждую ее каплю. Из этого Левенгук сделал совершенно правильный вывод. Он решил, что эти мельчайшие организмы попадают в воду вместе с пылью, носящейся в воздухе, что они живут в водосточных трубах, жолобах, бочках и оттуда проникают в воду. Левенгуку и в голову не приходило признавать «произвольное зарождение».

Рис. 2а. Современный микроскоп

Когда об открытии Левенгука узнали ученые, они сперва просто не поверили ему. Однако среди них были многие, уже знавшие о прежних открытиях этого замечательного исследователя. Они знали, что до сих пор в течение многих лет Левенгук не сделал ни одного ошибочного наблюдения. Главнейшее ученое общество Англии поручило двум своим наиболее опытным членам проверить утверждения Левенгука.

В назначенный день эти ученые явились на заседание общества, захватив с собой самые лучшие микроскопы, какие только были тогда в Англии. Они сразу заявили, что Левенгук оказался прав во всех своих наблюдениях, и предложили всем желающим посмотреть на маленьких животных, обитающих в капле воды и разведенных там по способу Левенгука. За это открытие Левенгук был избран членом английской академии (она называется в Англии «Королевское общество»).

Весть об открытиях Левенгука скоро разнеслась по тогдашнему образованному миру. Многие стали наблюдать «мельчайших зверюшек», называемых в науке микроорганизмами, но почти никто не считался с блестящим опытом Левенгука, показавшего, что эти замечательные организмы зарождаются только от себе подобных, проникая в воду из воздуха вместе с пылью. Микроорганизмы стали находить всюду, где только шло гниение или брожение; в тухлом мясе, в растительных отварах, в настоях, в кислом молоке, в сыре, в бродящем сусле. Казалось, стоит оставить в тепле на день-два какое-нибудь способное загнить вещество, как в нем разводятся миллионы мельчайших существ и наполняют его жизнью. Ученым казалось невероятным, что эти существа попадают туда из воздуха или проникают иными путями. Над мыслью тогдашних ученых все еще тяготела приверженность к Аристотелю и к учению о «произвольном зарождении».

Один англичанин даже попробовал на опыте доказать, что микроскопические существа зарождаются сами собой, без участия родителей. Этот англичанин — по фамилии Нидгем — поступил так. «Я взял, — рассказывает он, — немного горячей баранины прямо с огня и слил подливку в закрытый до того сосуд, который тотчас же плотно закупорил. Чтобы уничтожить зародышей, которые могли случайно быть в сосуде или попасть туда при наливании подливки, я поместил сосуд на некоторое время в горячую золу и нагревал его там. Несмотря на все это, через несколько дней мельчайшие животные кишели в подливке». Этот и другие подобные опыты были доложены Лондонскому королевскому обществу, и оно тотчас удостоило их автора избранием в свои члены, оказав ему за ошибочные (как мы сейчас узнаём) опыты такую честь, какую Левенгуку оно оказало лишь после многих лет тончайших наблюдений и величайших открытий. Левенгук открывал новый, дотоле совершенно неизвестный мир, тогда как Нидгем только подтверждал, как казалось, старинные мнения Аристотеля, на которых члены Королевского общества сами были воспитаны.

Итак, великие открытия Левенгука не разрешили в глазах тогдашних ученых вопроса о зарождении жизни. Левенгук показал, что бесчисленные невидимые простым глазом существа кишат всюду вокруг нас, что они с неимоверной скоростью заводятся и размножаются во всяком веществе, пригодном для жизни — в стоячей воде, в любом настое или наваре, в питательных продуктах, во всем, где идет гниение или брожение. Но как они там возникают — на этот вопрос еще не было точного ответа, основанного на безукоризненных опытах. И почти все ученые думали, что микроскопические организмы зарождаются «сами» и что здесь мы имеем дело с произвольным возникновением жизни из неживого вещества.

Продолжателем великих исследований Левенгука оказался знаменитый итальянец Спалланцани (1729–1799), который по характеру и общественному положению был совсем не похож на Левенгука. Спалланцани был блестящим профессором университета, постоянно окруженным толпой обожавших его студентов и восторженных почитательниц. Он с увлечением повторял наблюдения Левенгука над микроскопическими организмами и знакомил с этим новым миром своих слушателей. Подобно Левенгуку, он больше всего полагался на точные наблюдения, на строгую проверку каждого шага, на беспристрастный контроль всех деталей опыта.

Когда он услышал об опытах с бараньей подливкой, произведенных в Англии, он не поверил им. Ему страстно захотелось все повторить и проверить самому. Обдумывая все подробности этих исследований, Спалланцани сразу заподозрел, что в этих опытах была допущена ошибка. Она, по его мнению, заключалась в том, что сосуд с бараниной не был достаточно хорошо нагрет и находившиеся там зародыши не были убиты. Тогда Спалланцани повторил все эти опыты, причем основательно прокипятил подливку уже в сосуде. И вот — он торжествует: проходят дни за днями, а микроскопических животных в подливке не появляется.

Стоит ли говорить, что сторонники произвольного зарождения не сдались сразу и после этих опытов? Они стали уверять, что долгое кипячение не только убило зародышей жизни, но так изменило самую баранью подливку, что она лишилась способности поддерживать зарождающуюся жизнь. На это Спалланцани ответил новым рядом опытов, еще более блестящих.

Спалланцани приготовил целый ряд склянок с отварами семян и разными настоями, потом запаял их на огне и после этого прокипятил; одни он подвергал долгому кипячению, другие кипятил несколько минут. Потом оставил склянки стоять несколько дней. Разбив после этого их горлышки и взяв настои для исследования, он обнаружил, что микроскопические существа завелись только в тех склянках, которые кипели недолго, в остальных же никакой жизни не было. Спалланцани решил, что он сделал два важных открытия: во-первых, доказал, что в настоях, хорошо прокипяченных, жизнь не возникает, и во-вторых, что есть такие зародыши, которых не убивает пятиминутное кипячение.

Рис. 3. Лазаро Спалланцани (1729–1799)

Оба эти вывода Спалланцани были верны. Однако против них стали возражать. Ему опять говорили, что долгое кипячение убивает «жизненную силу» отвара. Эти возражения заставили Спалланцани изменить еще раз постановку своих опытов. При этом он сделал новое важное открытие, касающееся микроскопических животных. Ему удалось разрешить вопрос об их размножении. Наблюдая их в микроскоп, он не раз видел, что они плавают парами, плотно сцепившись друг с другом. Спалланцани сперва думал, что здесь происходит соединение самцов и самок — начало размножения этих существ. Однако сообщение другого ученого о делении микроскопических животных пополам, заставило Спалланцани снова, и снова проверять свои наблюдения. Он видел, что сцепившиеся, как казалось, друг с другом микроскопические существа потом расходятся и продолжают плавать отдельно. Но действительно ли они таким способом размножаются, оставалось все еще неясным.

Тогда Спалланцани сделал следующий знаменитый опыт. Из капли воды, населенной этими мельчайшими животными, он выделил одно из них и перенес его в другую, совершенно чистую каплю. Наблюдая за ним там, Спалланцани увидел, что маленькое существо через несколько минут стало расщепляться пополам и обе половинки, отойдя друг от друга, начали плавать отдельно, а через некоторое время каждая из них в свою очередь таким же способом снова разделилась пополам. Так была открыта еще одна замечательная черта в жизни микроскопических существ: их способность размножаться делением.

Рис. 4. Одноклеточное животное — амёба: изменения ее формы при движении и захватывании пищи, размножение делением

Деление пополам и есть обычный способ размножения микроскопических существ. Этими наблюдениями Спалланцани завоевал еще одну важную позицию для науки. Однако ни сам Спалланцани, ни жившие в одно время с ним ученые не могли и помыслить о том огромном значении, какое имело для человечества открытие и изучение микроскопических существ.

После Спалланцани долгое время никто по-настоящему не занимался мельчайшими животными. Вопрос о произвольном зарождении так и повис в воздухе. Результаты опытов Левенгука и Спалланцани все еще не получили общего признания. Оно пришло только во второй половине XIX века.

 

III. Как решился вопрос о произвольном зарождении

Около середины XIX века ученый мир Европы был взволнован выступлением одного французского ученого — Пуше, который своими сочинениями и многочисленными опытами старался доказать, что произвольное зарождение существует. Чтобы решить этот вопрос, французская Академия наук объявила конкурс, обещав большую премию тому, кто на убедительных опытах окончательно докажет или опровергнет теорию произвольного зарождения.

Молодой французский ученый Луи Пастер (1822–1895) горячо взялся за дело. Он начал с повторения старых опытов Спалланцани и вскоре увидел, что тот был прав. Пастер расширил его опыты. Он наполнял склянки разными питательными веществами (молоком, бульоном и т. д.), кипятил их и запаивал, и жидкости в них оставались месяцами совершенно прозрачными и неизменившимися. Но Пастер понимал, что старыми опытами никого не убедишь: попрежнему будут говорить, что при кипячении воздух в склянке изменился, не может больше поддерживать жизнь, а потому и не происходит зарождения; попрежнему будут спрашивать, откуда же, мол, появляются зародыши, если прокипяченную колбу заткнуть простой пробкой — ведь не могут же они проникнуть из воздуха? Пастер хотел разом ответить на все эти вопросы, рассеять все сомнения.

Рис. 5. Луи Пастер (1822–1895)

Чтобы окончательно убедиться, что в кипяченом настое не возникнет новых организмов, если они не попадут туда из воздуха, Пастер, по совету одного из своих друзей, сделал так. Наполнив колбу (так называются склянки, в которых химики ведут свои опыты) отваром, Пастер вытянул на огне горлышко этой колбы в длинную изогнутую трубку и оставил ее незапаянной, даже не заткнув ее пробкой. Он рассуждал так: допустим, что зародыши проникают из воздуха вместе с пылинками; воздух, проходя по изогнутой трубке, сначала будет опускаться вниз, а вместе с ним будут опускаться и все пылинки. Потом он станет подниматься по трубке вверх, но пылинки останутся внизу, осев на стенке трубки. Они в колбу не попадут и, стало-быть, не проникнут в бульон.

Пастер приготовил десятки колб с отваром и оттянул их горлышки в виде завитков, змеек, винтов и т. п. Прокипятив колбы, он поставил их в теплое место. Когда он через день-два посмотрел на колбы, они оказались совершенно прозрачными, — никакой жизни в них не возникло. Пастеру стало ясно, что учение о произвольном зарождении не выдерживает этого испытания.

Рис. 6. Одна из склянок в опытах Пастера

Чтобы еще лучше убедить всех в том, что микроскопические зародыши проникают в отвар из воздуха, Пастер приготовил еще несколько десятков колб с настоями, на этот раз запаяв их. Захватив эти колбы, он со своими помощниками поднялся на высокую гору, где лежит вечный снег и где воздух особенно чист. Здесь колбы были вскрыты, а через несколько минут запаяны снова. Прошла неделя-другая, и в большей части колб бульон попрежнему был прозрачен. Однако в некоторых колбах он помутнел и загнил, что указывало на присутствие мельчайших живых организмов. Этого и ожидал Пастер. Если зародыши жизни попадают в колбы из воздуха, то на высоких горах, где воздух очень чист, этих зародышей мало, и они могут попасть не во все колбы. Стоит вскрыть колбы на улице большого города или в комнате и подержать их открытыми хоть несколько секунд, как загнивание содержимого будет обеспечено. Продолжая такого рода опыты, Пастер вскоре нашел, что больше всего воздух заражен микробами (микроорганизмами) в населенных городах в летнее или осеннее время. Воздух много чище в полях и лесах, а всего чище он на высоких горах, покрытых вечным снегом.

Установив точно этот факт, Пастер смог объяснить неудачи и ошибки всех прежних опытов. Почему у Спалланцани заткнутые пробкой колбы с кипяченым наваром заражались микробами, а запаянные на огне не заражались? Да просто потому, что на пробке оставались зародыши микробов, которые и проникали в бульон. Как только Пастер принял меры к тому, чтобы и пробки обеззаразить (как говорят теперь, «стерилизовать»), так и опыты стали выходить. Если же заранее стерилизовать всю посуду и принять меры к тому, чтобы из воздуха микробы не проникали, то можно и без нагревания сохранить долгое время в неиспорченном виде даже такие легко загнивающие жидкости, как кровь и моча. Это тоже блестяще удалось Пастеру.

Таким образом, его опыты допускали лишь одно истолкование и, казалось, решали вопрос окончательно. Обещанная премия была выдана Пастеру. Его исследованиями интересовались все. Он одержал трудную победу над своими противниками. Пастеру, повидимому, оставалось только радоваться и торжествовать. Но во время этих опытов у Пастера зародилось множество новых вопросов, которые требовали решения, а Пастер был не таким человеком, чтобы успокоиться, пока решение не будет найдено.

Не раз видел Пастер, что когда жидкости загнивают или начинают бродить, в них появляется множество микробов. Какова же связь между этими двумя явлениями? Где здесь причина, где следствие? Прежде думали, что гниющие или бродящие вещества порождают микробов. Гниение или брожение считали причиной, а появление микробов следствием. В этом-то и усомнился Пастер. В самом деле: его опыты показали, что если закрыть микробам дорогу в питательную жидкость, то она так и останется не загнившей и не забродившей, хотя бы стояла десятки лет[2]В Париже до сих пор хранятся колбы, с которыми работал Пастер. Они стоят много десятков лет, а бульоны, заключенные в них, остаются чистыми и прозрачными, точно их только-что сняли с огня.
. Не будет ли вернее, — думал Пастер, — считать, что микробы — причина, а гниение, и брожение — следствие их размножения? Если все дело в микробах, то, быть может, — думал Пастер, — удастся выяснить сущность брожения, этого загадочного явления, которым люди пользуются много тысяч лет, но которого они не понимают. Люди имеют дело с брожением, когда виноградный сок превращается в вино, когда скисает молоко, когда из вина делается уксус, когда сусло превращается в пиво, и т. д. Химики знали, что во всех этих случаях одно вещество превращается в другое, но почему и как это происходит — было неясно. При чем тут микробы — оставалось полной загадкой.

Пастер раскрыл эту загадку. Рассматривая каплю бродящей или гниющей жидкости под микроскопом, он всегда находил в ней микробов. Прежние ученые считали, что в гниющих или бродящих жидкостях происходит самопроизвольное зарождение жизни. Но это объяснение Пастер после своих блестящих опытов отбросил. Он был убежден, что произвольного зарождения на Земле не существует. Стало-быть, связь между гниением или брожением и микробами совсем не такова, как думали прежде. Вернее, дело обстоит как-раз наоборот: не потому микробы зарождаются, что происходит гниение или брожение, а потому происходит гниение или брожение, что в жидкости размножаются микробы. Без микробов нет ни гниения, ни брожения — вот важный вывод, к которому пришел Пастер. Если так, — то можно по желанию не допускать гниения. А для этого надо не допустить микробов.

Рис. 7. Бактерии различных видов брожения

Пастер указал, какие для этого нужны меры, и тем дал научную базу для развития консервной промышленности. Ее не было, пока думали, что микробы сами заводятся в питательных веществах. Теперь же научились не допускать микробов в мясо, рыбу, овощи, фрукты, запаивая их стерильным образом в посуду и таким образом предохраняя на долгое время от порчи. Развитие, нашего консервного производства, которое стало одной из важнейших отраслей нашей пищевой промышленности, в конечном счете основывается на результатах опытов Пастера.

Но если без микробов нет гниения, то что произошло бы, если бы они перестали существовать на Земле? Умершие животные и растения остались бы нетронутыми лежать на земле. Всевозможные отбросы и нечистоты накоплялись бы безостановочно. Через короткое время вся поверхность Земли, все водные пространства ее были бы загромождены трупами животных, их отбросами, неразложившимися растениями и т. д. Земля превратилась бы в огромное кладбище. Дальнейшая жизнь стала бы невозможной: растениям негде было бы расти, а животным нечем кормиться. Мрачную картину смерти и запустения представляла бы Земля, если бы погибли микробы, вызывающие гниение.

Роль микробов в жизни Земли огромна, их незаметная работа неизмерима; только благодаря ей очищается поверхность земного шара от бесчисленных трупов и нечистот. Увядшая трава, опавшая листва, обломившиеся ветки, сухой хворост и упавшие деревья, трупы животных — все это более или менее быстро уничтожается, убирается микробами, жадно набрасывающимися на все умершее или готовое умереть и превращающими растительные и животные остатки в плодородный перегной, на котором зацветает новая жизнь. Микробы, эти бесчисленные невидимые работники, производят вечный круговорот в природе и поддерживают в ней возможность жизни…

Такие мысли проносились в голове Пастера, когда он обдумывал значение своих научных исследований.

От этих исследований Пастера прямой путь ведет к его величайшим открытиям, к таким открытиям, которые дали возможность сохранить жизнь и здоровье миллионам людей не только во Франции, но и во всем мире. Эти открытия тоже были плодом теоретических работ Пастера и вытекали из его опытов с зарождением микробов. Он не успокоился на том, что выяснил роль микробов в гниении и брожении. Он стал догадываться, что им принадлежит также большая роль в распространении заразных болезней.

Если микробы никогда и нигде не могут самостоятельно зарождаться, то они не могут возникать сами и в теле человека и животных. Стало-быть, они проникают туда извне. Воспрепятствовав их проникновению в организм, мы можем предохранить его от заразы. Зная, какими путями расселяются микробы, можно найти меры предосторожности, чтобы не заразиться. Эти меры в основном и были выработаны Пастером и с тех пор стали применяться в медицине, особенно при всевозможных операциях. В результате там, где раньше половина или больше половины больных умирало от заражения крови, смертность теперь снизилась до ничтожных размеров.

Мы не станем подробно рассказывать о всех этих открытиях Пастера. Скажем только, что многочисленными опытами он доказал, что такие заразные болезни, как сибирская язва, холера и другие, зависят от размножения в теле животных особых микробов, свойственных данной болезни. Некоторых из этих микробов Пастер научился добывать из больного организма и выращивать вне живого тела. Но всего замечательнее, что он открыл способ, который позволил предохранить людей и животных от тяжелых заболеваний даже в тех случаях, когда заражение уже произошло. Он открыл лечение посредством прививок. Это было им сделано при изучении страшной болезни — бешенства.

До этого времени бешенство считалось неизлечимым, и заразившиеся им люди (которых покусало бешеное животное) были обречены на мучительную смерть. Пастер стал прививать покусанным людям микроб бешенства, полученный им в ослабленном виде. С этим микробом человеческий организм легко справлялся, и в крови вырабатывалось противоядие, которое губило и того сильного микроба, что попал в кровь при укусе человека бешеным животным. После этого открытия в большинстве стран устроили особые «пастеровские станции», на которых производят прививки по способу Пастера всем людям, укушенным бешеными животными.

На работах Пастера мы видим, что изучение микробов тесно связано, с одной стороны, с вопросом о происхождении жизни, а с другой стороны — с целым рядом практических вопросов, играющих огромную роль и в природе, и в жизни человека.

 

IV. Положение вопроса о зарождении жизни после Пастера

Своими безупречными опытами Пастер, как мы видели, окончательно установил, что произвольного зарождения не происходит. Но такое решение не было утешительным для тех, кто мучился над вопросом о начале жизни: как же возникли первые живые существа, откуда взялись они на Земле? Пастер не ответил на это, и мнения ученых на этот счет разошлись. Одни утверждали, что жизнь никогда и не возникала: она существует, мол, вечно. Другие стали говорить, что жизнь получила свое начало не на Земле, а где-то в мировом пространстве, откуда зародыши жизни проникли на Землю и, размножившись здесь, дали начало земной жизни. Третьи, наконец, поняли Пастера так, что произвольного зарождения не происходит лишь теперь, в нынешних условиях. А так как Земля не всегда была такой, как теперь, то в отдаленное время на поверхности молодой Земли в иных условиях могла возникнуть и жизнь.

Первое из этих трех мнений по существу является отказом от каких-либо научных исследований этого вопроса. Наука его совсем отвергает, и мы не станем его здесь рассматривать.

Второй взгляд до сих пор еще многим кажется правильным. И теперь есть ученые, которые считают, что впервые жизнь возникла не на Земле, а в другом месте вселенной при таких условиях, которых мы не знаем. Оттуда она и проникла на Землю.

Правильно ли это мнение? В нем есть два главных предположения. Одно, что живые существа впервые зародились не на Земле, а в другом уголке мира, и (второе, что жизнь оттуда перенеслась на Землю.

Остановимся сначала на этом втором предположении.

Каким способом могут зародыши жизни проникнуть на Землю с какого-нибудь другого небесного тела через неизмеримые бездны вселенной? Ведь расстояния между звездами так велики, что мы едва можем себе их представить. Всего ближе к Земле из небесных тел находится Луна. Она удалена от нас всего только на 380 тысяч километров. Это примерно в десять раз больше окружности земного шара. Если бы на Луну можно было ехать в курьерском поезде, делающем 100 километров в час, то путешествие длилось бы 3800 часов, т. е. 158 дней и 8 часов. Только свет, который пробегает 300 тысяч километров в секунду, доходит от Луны до Земли за одну секунду с четвертью. Но ведь Луна — это безжизненное тело. На ней нет ни воды, ни воздуха, и никакая жизнь невозможна. Стало-быть, не о ней может итти речь.

Солнце удалено от нас много больше, чем Луна. Свет от Солнца достигает Земли через 81/2 минут, пробегая за это время почти 150 миллионов километров. Если же от Солнца обратиться к звездам, которые представляют собой те же солнца, иногда окруженные планетами, то их расстояния от Земли окажутся еще в миллионы раз больше, чем удаленность Солнца. Эти расстояния так велики, что свет при своей невообразимой скорости проходит их в несколько лет. От самой близкой к нам звезды он доходит до Земли в 41/4 года. А от большей части звезд он проходит сотни и тысячи лет, чтобы достигнуть Земли. Это значит, что звезды удалены одна от другой на невероятно большие расстояния. Эти огромные расстояния между небесными телами — первое затруднение, на которое наталкивается мысль о занесении к нам жизни из мирового пространства.

Но есть еще другое затруднение, это — средства передвижения. Сперва указывали на метеориты как на средство перенесения зачатков жизни с одного мира на другой. Метеориты — это твердые тела, большей частью очень маленькие кусочки или песчинки, которые носятся по мировому пространству, и если окажутся недалеко от Земли, то притягиваются к ней, попадают в окружающий Землю воздух и вспыхивают блестящей искрой, которая нам кажется падающей звездой. Метеоритов на Землю сыплется немало. Среди них бывают и очень крупные. Такие метеориты пролетают весь слой воздуха, окружающий Землю, сильно раскаляются и с грохотом падают на нее. Откуда они берутся? По мнению астрономов, т. е. ученых, исследующих небо и звезды, метеориты — это обломки небесных тел. Можно допустить, что какая-нибудь планета, на которой существовала жизнь, разрушилась и распалась на метеориты. На некоторых из них сохранились зародыши жизни: они носились тысячи и десятки тысяч лет по мировому пространству и, оказавшись случайно поблизости от Земли, были притянуты ею и упали на земную поверхность. Такой небесный гость принес Земле подарок в виде зачатков жизни. Они могли развиться на Земле и дать начало нашим растениям и животным. Вот как описывает эту возможность один крупнейший ученый — Гельмгольц, сторонник такого взгляда: «Если два небесных тела сталкиваются, то большая часть их от удара так разогревается, что должна расплавиться. При этом во все стороны разлетаются осколки… Если бы наша Земля в ее теперешнем состоянии с ее растениями и животными столкнулась с небесным телом приблизительно такой же величины, то в пространстве рассеялось бы много больших и малых обломков, несущих на себе семена живых растений и животных. А так как с бесконечных времен существуют миры, несущие на себе жизнь, то существует и бесконечное множество метеоритов, которые, странствуя в небесном пространстве, несут на себе зародыши. Если бы на Земле не было жизни, то такой метеорит, упав на нее, мог бы вызвать на ней жизнь».

Однако едва ли живые организмы или их зародыши могли бы вынести страшный удар при столкновении двух небесных тел: от этого удара разлетелись бы расплавленные осколки. Далее, метеорит, попав в земную атмосферу, так сильно раскаляется от трения, что его поверхность светится. Если бы на нем и были какие-либо жизнеспособные зачатки, они от этого жара должны были бы погибнуть. И действительно, никаких следов жизни на метеоритах не было открыто. Итак, от этого предположения надо отказаться.

Однако сторонники занесения жизни на Землю выдвигают и другое предположение, а именно, что в мировом пространстве существует, кроме метеоритов, еще другой способ переноса мельчайших зародышей. Это — световое давление. Опыты русского физика Лебедева доказали, что свет, падая на какую-нибудь поверхность, оказывает на нее слабое давление и как бы толкает ее. Мельчайшие зародыши микробов, как известно, носятся в воздухе и вместе с пылью могут подниматься очень высоко, на много километров от земной поверхности. А там, на границе атмосферы, эти пылинки вместе с находящимися на них зародышами могут быть увлечены давлением света и перенесены на огромные расстояния. Однако и этот взгляд встречает сильные возражения. Дело в том, что в мировом пространстве существует особое, так называемое космическое[3]«Космический» значит «мировой» и происходит от слова «космос», что значит весь мир, вселенная.
, излучение. Его лучи действуют гибельно на все живое. Только наша атмосфера — воздушная оболочка — защищает живые организмы Земли от их действия, но в мировом пространстве, где воздуха нет, эти «лучи смерти» проявляют всю свою губительную силу. Поэтому, если бы какие-либо микробы или их зародыши и были подняты с поверхности планеты на очень большую высоту и занесены световым давлением в мировое пространство, там их встретило бы разрушительное действие космических лучей и скорая гибель.

Из всего этого вытекает, что занесение зародышей жизни на Землю с другого небесного тела невозможно.

Теперь другая сторона вопроса: может ли существовать жизнь где-нибудь, кроме Земли? Изучение небесных тел показывает, что некоторые из них, называемые планетами, похожи на нашу Землю. Как-раз ближайшие к Земле планеты — Марс и Венера — больше всего сходны с Землей. Они покрыты такой же твердой корой, как наша суша, они окружены атмосферой, более или менее похожей на земную, и на них, повидимому, имеется вода. Если к этому прибавить, что на Марсе в общем значительно холоднее и несравненно суше, чем на Земле, а на Венере много теплее и влажнее, то это даст представление об условиях, господствующих на этих планетах. Надо сказать, что при этих условиях жизнь на них возможна, хотя, по всей вероятности, тамошние организмы совсем не похожи на земные. Как зародилась жизнь там (если ока там имеется), мы не знаем.

Мы приходим к такому итогу. Произвольного зарождения даже бактерий на Земле не происходит. Все живое на Земле в настоящее время происходит от живого же. Одни организмы родятся от других — иного зарождения не бывает. Таков один результат.

Если в мировом пространстве и есть жизнь, то она не могла проникнуть на нашу Землю. Мы в настоящее время не знаем в природе такой силы, которая перебросила бы через межзвездные бездны зачатки жизни. Средства сообщения, на которые иногда указывали, т. е. метеориты и световое давление, — не пригодны для переброски таких нестойких нежных пассажиров, как зачатки жизни. От этого предположения надо отказаться. Но этого мало. Если даже допустить, что зародыши жизни могли попасть на Землю из каких-нибудь других миров, то возникает вопрос: каким же образом появилась жизнь на этих других мирах? Этот вопрос так и остается открытым, не решенным.

Стало-быть, наука должна искать иных путей для разрешения вопроса о происхождении жизни на Земле. Не обольщать себя ложной верой в произвольное зарождение и не убаюкивать фантазиями о зарождении жизни где-то в глубинах мирового пространства и перенесении ее к нам на Землю. Перед наукой стоит огромная и трудная задача — найти начало жизни на Земле. Посмотрим же, на каких путях она ищет решения этой задачи.

 

V. Состав и строение живых тел

Наблюдая жизнь растений, животных и человека, мы видим, что с ними непрестанно совершаются самые разнообразные перемены: они растут, размножаются, стареют, умирают. Внутри них постоянно движутся разные соки, газы, пища и пр. Поступающие в организм пища и воздух превращаются там в новые химические соединения. Разнообразные изменения и превращения веществ наблюдаются и в неживой природе. Самая поверхность Земли и скрытые в ней минералы с течением времени изменяют свой вид и свой состав. Железная крыша на доме со временем портится и перестает выполнять свою защитную роль; лежащий в сыром месте кусок железа ржавеет, рыхлеет и превращается в новое вещество, непохожее на железо и непригодное в новом виде для производства.

Но жизнь, как мы увидим в следующей главе, существовала не всегда, а могла возникнуть лишь на определенной ступени развития Земли, когда наступили необходимые для этого условия. Она представляет собой совершенно новое, своеобразное состояние, особый сложный вид движения вещества (материи), не свойственный всей остальной природе. Поэтому и химические явления, происходящие в живом организме и в неживой природе, существенно отличаются одни от других. Это нужно всегда иметь в виду.

Все вещества, существующие в природе, можно разделить на две группы: на простые вещества и сложные. Сложные вещества — это те, которые составлены из двух или нескольких простых веществ.

Сложные вещества можно поэтому разложить на простые. Простые вещества — те, которые обычными химическими приемами не могут быть разложены на другие, более простые вещества. Эти неразложимые, простые вещества, входящие в состав всех существующих предметов, называются химическими элементами. Химических элементов насчитывается около 100, но из них лишь немногие входят в состав большинства окружающих нас вещей, а остальные встречаются в природе очень редко. Назовем важнейшие из химических элементов.

Водород. Это — очень легкий газ без цвета и запаха. Им наполняют воздушные шары, чтобы они могли подняться в воздух. Водород входит в состав воды (отсюда и его название), в состав животных и растений и многих других сложных веществ.

Кислород — другая составная часть воды, а также растений и животных. В чистом виде кислород — бесцветный газ, не имеющий запаха. Он находится в воздухе, составляя почти пятую часть его, и служит для дыхания. Немало кислорода входит в состав земной коры.

Азот — тоже газ, входящий в смеси с кислородом в состав воздуха. Четыре пятых части воздуха состоят из азота. Он представляет существенную составную часть животных и растений.

Углерод — важнейшая составная часть растений и животных. Чистый углерод встречается в природе в виде драгоценного камня — алмаза и в виде графита (из которого делают карандаши); много чистого углерода содержится в каменном угле.

Кремний входит в состав многих камней. В соединении с кислородом кремний находится в песке.

Фосфор входит в состав животных и растений. Особенно много его в костях и мозгу.

Сера тоже входит в состав растений и животных, а также многих руд. Встречается в природе и в чистом виде.

Хлор — удушливый газ зеленого цвета, употребляющийся на войне в качестве отравляющего вещества. Входит в состав поваренной соли и многих других веществ.

Натрий — мягкий и легкий металл, другая составная часть поваренной соли.

Можно сюда прибавить еще железо, медь, цинк, алюминий, свинец, ртуть, олово, серебро, золото — всем известные металлы, широко применяющиеся в различных производствах. Все они — химические элементы.

Из названных элементов и состоит огромное большинство веществ и вещей, окружающих нас в быту и в природе. Из них построены тела живой и неживой природы. В растениях и животных (а также в теле человека) находятся даже не все из этих веществ; наиболее сложные существующие в природе вещества состоят из очень немногих простых.

Сложное вещество состоит из соединения определенных химических элементов. Например, вода есть соединение водорода с кислородом, поваренная соль — соединение хлора с натрием, углекислый газ — соединение углерода с кислородом. Что это значит?

Возьмем поваренную соль. Ее свойства знакомы всякому. В чистом виде она образует белые (точнее говоря — почти прозрачные) кристаллы, имеющие соленый вкус, лишенные запаха, растворяющиеся в воде и т. д. А между тем хлор, который входит в ее состав, это — зеленый удушливый газ с сильным едким запахом; натрий — другая составная часть соли — легкий металл, тоже с виду непохожий на соль. Как ни рассматривай соль, как ни пробуй ее, — в ней не увидишь ни хлора, ни натрия. И никто бы не догадался, что соль состоит из этих веществ, если бы не было сделано многочисленных опытов, которые показали, что стоит соединить химически хлор с натрием, как образуется поваренная соль; при этом свойства хлора и натрия становятся незаметными, исчезают, а в то же время возникают новые свойства соли. Делали также и обратные опыты: некоторыми способами (например действием электрического тока) можно поваренную соль разложить на составляющие ее вещества, и тогда получатся отдельно хлор и натрий. При этом разложении соли ее свойства (например ее цвет, соленость, отсутствие запаха) исчезнут, а вместо нее появятся зеленый газ хлор и металлический натрий.

Совершенно то же можно сказать и относительно других приведенных примеров. Так, вода имеет свои всем известные свойства. Прежде всего она — жидкость при обычной температуре. Ho ее можно (электрическим током) разложить на составные части, т. е. на водород и кислород, и вместо жидкости появятся два газа: оба бесцветные, прозрачные, но один — очень легкий, другой — более тяжелый. Эти газы водород и кислород. Если взять эти газы, смешать их и через смесь пропустить электрическую искру, то оба газа со взрывом химически соединятся между собой, образуя воду. И в этом примере мы видим, что при химическом соединении свойства соединяющихся веществ исчезают, а вместо них появляются новые свойства того вещества, которое получается в результате соединения.

Значит, химическое соединение — это такое явление, при котором изменяются состав и свойства соединяющихся веществ.

Следует строго различать химическое соединение и простую смесь. Например, в воздухе, как мы уже знаем, находятся газы — кислород и азот, но оба эти газа сохраняют здесь все присущие им свойства. Это происходит потому, что они в воздухе не вступили в химическое соединение, а только перемешаны между собой. Можно также смешать кислород с водородом; смесь этих газов тоже будет газом, лишенным запаха и прозрачным. Здесь свойства обоих смешанных тазов еще сохраняются. Они будут сохраняться до тех пор, пока не произойдет химического соединения обоих газов в новое вещество — в воду.

Химические явления в природе очень разнообразны. В одних случаях происходит соединение между несколькими веществами, в других — разложение какого-нибудь сложного вещества на более простые. Бывают и иные химические явления. Химик в своей лаборатории может производить и соединения веществ в другие, более сложные и разложения сложных веществ на более простые. Соединение веществ носит название синтеза (слово «синтез» греческое и означает «составление», «соединение»); так, путем синтеза из водорода и кислорода получают воду, из хлора и натрия — поваренную соль и т. д. Определение состава веществ путем разложения их на более простые называется анализом (слово «анализ» тоже греческое и означает «разъединение», «разделение»). При изучении каких-либо веществ химики применяют оба способа: путем анализа они стараются узнать, из каких простых веществ построено данное соединение, а путем синтеза стараются получить это соединение искусственно из его составных частей.

Обычно синтез — гораздо труднее анализа, и до сих пор существует еще много веществ, которых химики не могут получить путем синтеза, хотя путем анализа они уже хорошо узнали их состав. К их числу принадлежат многие вещества, которые находятся в организмах в результате их жизнедеятельности. Все они содержат в своем составе элемент углерод. Поэтому углеродистые соединения называются также органическими соединениями.

В теле животных, растений и человека, кроме органических веществ, находятся также вещества неорганические. Для понимания того, как возникла жизнь на Земле, необходимо сказать несколько слов о химическом составе живых организмов.

Откуда берется вещество в теле животных? Из пищи. Растения питаются веществами, которые они извлекают из почвы и из воздуха. Одни из животных питаются животными (это — хищные звери; например волк поедает других, животных, слабейших), другие — растениями (например лошадь, корова, коза, овца и другие копытные; эти животные называются травоядными). Человек питается и животной и растительной пищей и считается поэтому всеядным. С пищей организм получает все то, из чего он состоит.

Химический анализ показал, что всякое живое тело состоит из воды, угля (углерода), различных газов, из некоторых металлов (например железа), солей и еще ряда других веществ. Эти наши слова могут показаться нелепыми. Ну, разве есть в нашем теле уголь и железо? В том-то и дело, что есть, хотя и не в своем обычном виде: ведь мы уже знаем, что простые вещества, образуя химическое соединение, изменяют свои свойства. В этом можно легко удостовериться.

Начнем с воды. Возьмем кусок мяса и взвесим его. Пусть он весит десять килограммов. Если мы его теперь хорошо высушим и потом снова взвесим, то увидим, что теперь он стал гораздо легче: в нем осталось всего три килограмма. Значит, на 10 частей его веса приходилось 7 частей воды. При высушиваний она исчезла, а мясо оттого сделалось гораздо легче. Да и с виду оно сильно изменилось; кусок уменьшился, сморщился, потерял цвет. Делая такого рода опыты, узнали, что не только в мясе, но и в других тканях тела, даже в костях, есть вода, хотя и меньше, чем в мясе. Точно так же вода составляет значительную долю и в растительных организмах.

Что в живом теле есть уголь, точнее говоря — углерод, в этом тоже нетрудно убедиться. Только он там соединен с другими веществами и оттого незаметен. Но на огне эти вещества распадаются, и уголь является в чистом виде. Если мы возьмем траву, ветку дерева, палку или кусок любого животного тела и положим в печь, то вскоре те части его, которые ближе к огню, почернеют и обуглятся. Уголь выступит здесь снова в своем обычном виде. Вещество чистого угля ученые и называют углеродом.

Кроме воды и углерода, в живом теле есть газы. Когда мы дышим, мы втягиваем в себя (в свои легкие) воздух. Для дыхания нужен такой воздух, в котором достаточно кислорода, именно — не меньше пятой части воздуха. Попробуйте посидеть долго в тесном, плотно закрытом помещении, куда не притекает воздух снаружи, и вам скоро дышать станет трудно, а через несколько часов и совсем невозможно; если не открыть двери или окна и не впустить свежего воздуха, человек задохнется. Из воздуха мы и получаем необходимый для жизни газ — кислород.

Проникший к нам в легкие кислород соединяется с углеродом и другими веществами и изменяется. Часть его остается в теле в разных соединениях, а другая часть, ненужная больше, даже вредная, соединенная с углеродом, выходит из нашего тела при выдыхании. Таким образом мы вбираем из воздуха в свой организм чистый кислород, а возвращаем в воздух кислород, соединенный с углеродом, так называемый углекислый газ. Такой обмен газов (дыхание) происходит не только у животных, но и у растений.

Газы, которые имеются в живом теле, находятся там в соединении с другими веществами. Например, азот соединен в нашем теле с углеродом, водой и серой. Когда какое-нибудь недавно бывшее живым тело гниет, то сернистые газы выделяются из него и издают очень неприятный запах. Газ, в состав которого входит сера, всякий человек легко узнает по запаху, если он хоть раз его слышал. Такой запах идет от тухлых яиц.

В составе организма — растительного и животного — находится также и железо в химическом соединений с другими элементами. Растения содержат его больше всего в зеленых частях, а животные — в крови. Из тела человека можно получить всего от 3 до 5 граммов железа.

При некоторых болезнях, когда человек слабеет и его кровь беднеет некоторыми составными частями (эта болезнь называется малокровием), доктора советуют принимать внутрь в виде капель или порошков химические соединения железа.

Есть еще необходимое нам вещество, придающее твердость и крепость нашим костям и зубам, это — известь; если в костях ее мало, они легко ломаются или гнутся (например у детей тогда делаются кривые ноги). Наконец, в состав нашей крови всегда входит соль: это легко заметить, если капельку крови попробовать на вкус.

Все эти вещества бывают в нашем теле, как и во всяком организме, не в чистом виде, но в химических соединениях с другими веществами. В таком виде они употребляются в пищу. Главнейшие из этих соединений бывают трех родов.

Во-первых, так называемые углеводы. Они состоят из углерода и воды. Таковы: сахар, крахмал и др. Что сахар необходим для питания, знает всякий, но может показаться, что крахмала мы не употребляем в пищу. Конечно, в чистом виде он не идет в пищу, но целый ряд продуктов, которые мы едим, содержит в себе много крахмала, например картофель, хлеб, рис, разная крупа, бобы.

Вещества второго рода, находящиеся в теле животных и растений, это — жиры. Они состоят из тех же элементов, что и углеводы, т. е. из углерода и водорода с кислородом, но в жирах эти вещества иначе соединены, чем в углеводах, да и кислорода здесь меньше. Жиры бывают растительные и животные. Так, подсолнечное, льняное и конопляное масло — растительные жиры; сало и коровье масло — животные жиры.

Третий род веществ, образующих тела животных и растений, это — так называемые белки; в растениях их гораздо меньше, чем в животных организмах. Белки — вещества очень сложные. Они составлены не только из разных соединений углерода с водородом и кислородом, но всегда содержат в себе еще азот, серу, а иногда и фосфор и другие элементы. Из разных белков построены мышцы (мясо), мозг, кожа и другие части тела животных; они же входят в состав крови. Их существует много видов. Белок — самая характерная часть живых тел. «Жизнь, — говорит Энгельс, — это форма существования белковых тел, существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой и которая прекращается вместе с прекращением этого обмена веществ, ведя за собой разложение белка»[4]Энгельс — Диалектика природы. Партиздат 1936. Стр. 29.
.

Теперь мы можем точнее сказать, что для питания животных, для построения их тела им необходимо получать в пище белки, жиры и углеводы. Они могут их получать, съедая других животных или питаясь растениями. Но откуда берутся эти вещества у растений?

Растения сами создают в своем теле и белки, и жиры, и углеводы. Материал для этого они берут из неживой природы. Так, для создания углеводов нужны вода и углерод. Воду растение всасывает корнем, а углерод получает из воздуха. Откуда же в воздухе углерод? Оказывается, он содержится в углекислом газе (химическое соединение углерода с кислородом), который в небольшом количестве всегда есть в воздухе. Углекислый газ выделяется при вулканических извержениях, а в некоторых местах просто выходит из земли. Кроме того, животные при дыхании, как мы уже знаем, выделяют углекислый газ легкими.

Вот из этого-то углекислого газа растение силой солнечных лучей добывает нужный ему углерод и накопляет его в себе очень много. Все, что нужно растению для создания белков, оно опять-таки берет из воздуха (углерод) и из земли (воду, азот и серу). Значит, растение создает свое тело из веществ неживой природы; другими словами, в растениях постоянно происходит превращение неорганических веществ в органические.

Но не только растение может из веществ земли, воздуха и воды построить белки, жиры и углеводы. Раньше думали, что эти вещества создаются только в живых телах, в организмах. Но это неверно. Сто с небольшим лет назад одному химику (Вёлеру) удалось в первый раз изготовить искусственно мочевину[5]Мочевиной называется составная часть мочи человека и животных, получающаяся в их теле и удаляемая через почки.
из воды и газов. Это было только начало. Потом стали получать искусственно (путем синтеза) разные другие органические вещества, которые раньше добывали только из растений и животных: например различные органические краски, жиры и некоторые углеводы, а теперь химия работает уже над получением и белков.

Значит, действительно все материалы, из которых построено живое тело, уже имеются в неживой природе. Непроходимой пропасти между химическим составом живых организмов и неживой природы не существует.

Когда умирают растения и животные, их остатки сгнивают, разлагаются и возвращают земле все то, что от нее получили. Перегнившие остатки живых существ удобряют землю, и на ней, получившей новое питание, пышно зеленеет густая, сочная трава, колосятся зерновые растения, созревают плоды и овощи.

Так земля вновь возвращает человеку и животным то, что раньше было взято у нее же.

* * *

Окружающие нас предметы обычно бывают в трех состояниях: одни — твердые, другие — жидкие, как вода, третьи — газообразные, как воздух. В каком же состоянии находятся вещества в живых телах? Каждому видно, что их состояние — особое, не совсем твердое, но и не жидкое и не газообразное. В нашем теле твердыми можно считать только кости, а остальные части его — мягкие. Такими же нежными и мягкими оказываются молодые растущие части растений. Это состояние иногда называют «полужидким». В подобном состоянии находятся, например, студень, густо сваренный кисель, размоченный столярный клей, сваренный яичный белок и др. Состояние это получило название коллоидного, т. е. клееподобного (от греческого слова «колла», что значит «клей»). В коллоидном виде и существуют живые тела или, по крайней мере, их главные составные части. Благодаря такому состоянию в живом теле могут происходить разнообразные химические изменения, причем оно не теряет своей формы. Коллоидное тело может сохранять в воде свой вид, не растворяясь в ней (как растворяется в ней, например, соль), но в то же время впитывая ее внутрь себя в известном количестве.

Самые простые живые существа, обитающие в воде (морской и пресной), представляют собой комочки коллоидных тел, имеющие определенную форму и состоящие главным образом из белков. В таких простейших организмах различают основное коллоидное вещество, называемое протоплазмой, и включенное в протоплазму тоже коллоидное тельце — ядро. Одно из наиболее простых животных — так называемая амёба, (рис. 4). Она представляет собой микроскопически маленький коллоидный комочек, состоящий из протоплазмы и более плотного ядра. Протоплазма способна вытягиваться в отростки, которые через некоторое время могут опять втягиваться назад, сливаясь с остальной протоплазмой. С помощью этих отростков амёба может передвигаться с места на место, ими же она захватывает пищу в виде разных органических частичек, бактерий и т. п. Такие же просто устроенные организмы имеются и среди растений.

Рис. 8. Тонкий разрез через верхушку корня растения (под микроскопом). Видны многочисленные клетки с округленными ядрами

Рис. 9. Участок кожи под микроскопом

Если взять какое-нибудь более сложное животное или растение и рассмотреть его строение через микроскоп, то увидим, что оно состоит из множества обособленных частей, так называемых клеток, каждая из которых более или менее напоминает собой амёбу и тоже построена из протоплазмы и ядра. Таких клеток в теле каждого растения и животного очень много. Клеточки обычно так малы, что в человеческом теле, например, их находится много миллиардов. Какую бы часть тела мы ни стали рассматривать под микроскопом, всюду найдем клетки. В кусочке кожи мы увидим клетки, напоминающие плитки мостовой, в кусочке подкожного жира — множество маленьких кругленьких клеточек, наполненных жировыми капельками, в мышцах (мясе) — множество клеточек в форме длинных волокон. Даже в твердой кости мы найдем клетки; они здесь сидят, окруженные прослойками извести. Эта известь делает кости твердыми и крепкими. Наконец, и жидкая часть нашего тела — кровь — и та построена из клеточек; бесчисленные маленькие круглые клеточки плавают в жидкой части крови.

Таким образом, все живые организмы, какие только есть на Земле, построены из мельчайших живых единиц — из клеток. В простейшем случае животное или растение построено из одной клетки. Это — одноклеточные организмы. Такова, например, известная уже нам амёба. Обычно же в состав организма входит огромное количество клеток. Это — многоклеточные организмы.

Каждая клетка живет. Она питается, растет, выделяет из себя негодные для жизни вещества, дышит и размножается. Пища, которую съедает человек или животное, всасывается в кровь, а кровь доставляет ее всем клеткам. Каждая клетка получает из нее свою долю питательных веществ. Каждая клетка в нашем теле дышит. Она из крови впитывает кислород и выделяет в кровь углекислый газ.

Таким образом, в живой клетке идет непрерывная работа. Непрестанно в нее поступают извне различные вещества. Они подвергаются в ней сложным химическим изменениям, причем одна часть их остается в клетке, усваивается ею, а другая часть, отработанная, вредная для жизни, выбрасывается из нее. Весь этот процесс называется обменом веществ.

Всего замечательнее размножение клетки. Оно происходит так: сперва ядро ее вытягивается, утончается по середине и, наконец, разрывается на две части. После этого перетягивается пополам и протоплазма; когда она разорвется, из одной клетки образуются две. Значит, клетки размножаются делением надвое, совершенно таким же способом, какой был установлен для микробов известными нам опытами Спалланцани. Когда растет сложный организм, его клетки усиленно размножаются, и число их быстро увеличивается. Все это показывает, что жизнь организма складывается из жизни его бесчисленных клеток.

Клеточное строение всех организмов и химическая работа клеток указывают на то, что в строении животных и растений существует единство, что все организмы связаны между собой родством. Это подрывает религиозный взгляд на организмы, как на обособленные формы, созданные богом каждая отдельно, как на независимые виды животных и растений, оставшиеся будто бы неизменными со дня «творения» до наших дней.

Познакомившись с этим, мы можем теперь перейти к вопросу о появлении на Земле живых организмов.

 

VI. Возникновение жизни на Земле

Из опытов Спалланцани и Пастера мы уже знаем, что при высокой температуре жизнь прекращается. Большинство организмов погибает уже при 70–80 градусах тепла. Значит, для их жизни требуются определенные условия температуры. Требуются для этого также и другие условия, например известная влажность, давление и др. Понятно, что эти условия необходимы не только для поддержания уже существующей жизни, но и для возникновения новых организмов. Всегда ли на земном шаре были благоприятные условия для жизни?

Ответ на этот вопрос дают астрономия и геология. Астрономия — наука о небесных телах: ведь Земля есть одно из бесчисленных небесных тел, рассеянных во вселенной. Астрономия дает возможность заглянуть в далекое прошлое Земли и проследить ее историю. Земной шар, по данным астрономии, существует более двух миллиардов лет. Породило его Солнце, так как он образовался, отделившись в виде небольшой части от огромного раскаленного Солнца.

Новорожденная Земля, по данным геологии, была совсем не похожа на теперешнюю. Если бы мы могли взглянуть на нее тогда, она предстала бы в виде раскаленного шара, состоящего из огненных газов. Не только никакой жизни не могло быть на этом шаре, — на нем не было ни суши, ни воды, ни даже твердой или жидкой оболочки. Вследствие чрезвычайно высокой температуры (несколько тысяч градусов) все вещества, из которых состоит Земля, могли быть только в виде раскаленных газов и паров.

А пространство, в котором носился огненный газовый шар вокруг своей матери — Солнца, было тогда, как и теперь, холодной леденящей бездной. На этом холоде раскаленный шар должен был постепенно остывать.

В течение многих миллионов лет мировой холод сжимал Землю в своих ледяных объятиях, пока на ее поверхности не выступили первые твердые части и началось образование земной коры.

Когда Земля настолько охладилась, что водяной пар смог сгуститься в капли, бурные ливни полились на земную поверхность, и на ней образовался первичный горячий океан. Земная атмосфера тогда еще не имела того состава, какой она имеет теперь: она состояла тогда из перегретых водяных паров, некоторого количества азота и других газов. Свободного кислорода в ней не было. А внутри земного шара находились соединения металлов, главным образом железа с углеродом. Молодая, еще не окрепшая земная кора часто приходила в движение. Страшные землетрясения и извержения огненных масс изнутри Земли на ее поверхность происходили очень часто; вещества, скрытые в глубинах Земли, выходили на ее поверхность и соприкасались с водяными парами. Углерод соединялся с водородом. Так возникли первичные органические вещества — углеводороды[6]Это вещества, в состав которых входят два элемента — водород и углерод.
. Находившиеся в атмосфере углеводороды и различные соединения азота были увлечены вместе с горячими потоками воды в первые земные водоемы. Из углеводородов и простейших соединений азота современный химик может путем синтеза получить огромное количество органических веществ. Можно думать, что и в первобытном океане происходили многочисленные химические соединения и возникали то те, то другие из более сложных органических веществ.

Это самостоятельное возникновение простейших органических соединений и было первым шагом к созданию условий, при которых могла зародиться жизнь.

Самыми сложными и в то же время самыми важными для жизни являются, как мы уже знаем, белковые вещества. Белковые вещества очень часто являются в знакомом нам коллоидном состоянии, а переход в коллоидное состояние был очень важен для дальнейшего развития. В первичном океане, где было такое множество органических веществ, белки то-и-дело переходили в коллоидное состояние и тем самым резко отделялись от остальных веществ, от окружавшей их жидкости. Белки обладают огромным стремлением к соединению с другими органическими веществами. Кусочки или капельки коллоидного студня, состоящего из белка (большей частью с примесями других органических веществ), плававшие в горячей воде, в которой было растворено много различных соединений, должны были вступать в какие-то отношения с окружавшими их растворами; коллоидная капля могла впитывать в себя извне одни вещества, выделять из себя другие. В этом можно видеть первые зачатки обмена веществ. Коллоидная капля более или менее скоро распадалась, растворялась в окружавшей воде и прекращала свое существование.

Могли быть, однако, случаи, когда коллоидные капли впитывали такие вещества, которые укрепляли их стойкость и давали им возможность сохраниться дольше. С течением времени таких устойчивых капель должно было делаться все больше (потому что неустойчивые распадались), и сами они, впитывая в себя вещества извне, увеличивались в размерах. Рост, конечно, не мог итти без конца. Довольно скоро такая капля распадалась на мелкие капельки или кусочки, которые, однако, могли продолжать впитывание веществ и рост. Такой распад был даже выгоден, так как более мелкие капли легче могли пропитываться окружающими веществами; поэтому коллоидные капли, наделенные способностью распадаться, имели некоторое преимущество перед другими.

Между этими коллоидными каплями, четко отделенными от окружающей их водной среды, способными некоторое время сохраняться, расти, а потом разбиваться на более мелкие капли, и настоящими живыми организмами, хотя бы самыми простыми, существует огромная разница. Жизнь простейшей клетки складывается из сложных явлений питания, дыхания, выделения ненужных для жизни веществ, движения, чувствительности и т. д. В свою очередь каждое из этих жизненных явлений складывается из многочисленных правильно друг за другом следующих явлений, в основе которых лежат определенные химические изменения.

Как совершаются эти химические изменения в организмах? Оказывается, в них существуют особые вещества, обладающие способностью регулировать и производить химические превращения. Эти вещества называются ферментами. Так например, в слюне человека имеется в ничтожном количестве фермент — амилаза, превращающий крахмал в сахар. Если этот фермент из слюны выделить, то он и вне организма будет при подходящей температуре производить то же превращение. Ферменты клеток состоят из соединения нескольких веществ, каждое из которых обладает некоторой способностью вызывать химическое превращение. Когда же они соединятся в ферменте, то эта их способность возрастает во много раз.

Для того чтобы ферменты действовали в правильной последовательности, необходима организация живого вещества. Это видно из простого опыта. Стоит разрушить живую протоплазму (растерев, например, клетки в ступке), как те химические превращения, которые в ней до этого совершались, резко изменят свой характер. Все ферменты, которые действовали в протоплазме, будут присутствовать и в той смеси, которая получится от растирания. Отдельные явления, например окисление, будут происходить в этой смеси, но того сочетания явлений, что было в живой протоплазме, здесь уже не будет.

Когда первичные коллоидные капли впитывали в себя окружавшую их воду, в них проникали и растворенные в ней различные органические и неорганические вещества. Среди них были и такие, которые могли действовать подобно ферментам, ускоряя ход химических явлений. Капли, получившие ферменты, наиболее подходящие для их сохранения, роста и распада на мелкие капли, оказались в более выгодном положении, чем другие, и увеличивались в числе, быстро вырастая и делясь. Конечно, эти капли еще не были вполне устойчивыми, подобно организованной клетке. Они легко могли распадаться и переходить в раствор, в окружающую среду. При сколько-нибудь значительном изменении температуры или химического состава окружающей среды они легко прекращали свое существование.

Но несомненно были и такие случаи, когда внешние условия и внутреннее строение капли оказывались благоприятными для ее длительного сохранения. Такая коллоидная капля, плавая в воде, содержащей разные растворенные вещества, всасывала их и вместе с тем изменялась в своем составе. Всосанные вещества могли вступать в химическое взаимодействие с теми, которые уже раньше находились в капле. Это могло вести и к укреплению и к ослаблению коллоидного образования. Укрепившиеся коллоидные капли становились устойчивыми и могли увеличиваться в размерах, продолжая всасывать в себя вещества. Конечно, они не могли расти без конца. Достигнув известной величины, капли должны были разбиться на более мелкие капли, но эти капли в свою очередь получали устойчивый состав от тех, от которых произошли. Между разными каплями могло происходить как бы соревнование на устойчивость и связанную с ней скорость роста. Она зависела, как мы знаем, от присутствия веществ, действующих подобно ферментам.

Получились капли, обладающие уже известной организацией и способные гораздо дольше сохраняться, чем другие, случайно возникавшие коллоидные образования. Такие устойчивые капли составляли уже некоторое организованное вещество на Земле; их можно бы назвать первичными организмами.

От первичных организмов, наделенных известной стойкостью, способных размножаться делением и обладавших первичными ферментами, которые содействовали их устойчивости, современные живые клетки отличаются очень сильно: как растительные, так и животные клетки обладают сложной организацией, состоя из протоплазмы, ядра и различных частиц, имеющих постоянный характер и заключенных в протоплазме. Когда клетки размножаются делением, не только протоплазма и ядро делятся и их части переходят в дочерние клетки, но такую же судьбу испытывают и включенные в протоплазму частицы. Значит, клетка — это целая сложная система, обладающая большой устойчивостью. Вопрос о том, как из первичных коллоидных организмов произошли простейшие клетки, еще мало изучен[7]Изложенная нами выше научная гипотеза о возникновении жизни на Земле наиболее стройно разработана советским ученым А. И. Опариным.
.

Однако то, что мы сказали о возникновении жизни, и то, что мы знаем о дальнейшем ее развитии, не праздная выдумка, не фантазия, а предположение (гипотеза), основанное на проверенных данных современной науки. В свете этой науки библейские предания о создании живых организмов какой-то сверхъестественной силой оказываются бессмысленными сказками.

Мы узнали, как могла зародиться жизнь. Но что было дальше? Какими путями пошло ее развитие? Ответ на эти вопросы хотелось бы получить от единственной свидетельницы всего этого прошлого — от самой Земли: не скрываются ли в ее глубинах следы первых шагов жизни? Ведь по найденным в Земле окаменевшим остаткам давно исчезнувших растений и животных люди сумели многое узнать о прошлом. Может быть, там можно найти и следы первых населявших Землю существ?

Земная кора упорно молчит об этом. Первые отложившиеся пласты так сильно изменились с тех давних пор, что если бы в них и были какие-либо остатки живого, они должны были бы совершенно погибнуть или стать вовсе неузнаваемыми. Много миллионов лет жили на Земле родоначальники теперешних животных и растений, жили и умирали, но трупы их пропали для научных исследований. Так, в полной неизвестности для нас, не оставив следов, прошла вся первая полоса в истории жизни на Земле. А за это время успели отложиться огромные толстые пласты. Но то, что нам говорят позднейшие земные слои и сохранившиеся в них остатки организмов, бросает яркий свет на весь ход развития жизни на Земле, начиная с первых организмов.

 

VII. Дарвинизм — объяснение эволюции жизни

Изучение ископаемых организмов дало много доказательств того, что жизнь на Земле развивалась постепенно в течение огромных промежутков времени, что одни животные и растения исчезали с лица Земли, вымирали и сменялись другими. На основании найденных и изученных остатков вымерших растений и животных можно в общем нарисовать ход развития жизни на Земле, и для многих пород можно с большой точностью рассказать историю их происхождения. Однако как бы ни были полны эти знания, они не дают ответа на один из коренных вопросов — они не говорят нам, почему происходило изменение организмов, почему из старых пород возникали новые и каким путем они возникали. Самое подробное изучение ископаемых организмов не разъясняет нам причин и движущих сил эволюции (развития жизни).

Решение этого вопроса было дано английским ученым Чарлзом Дарвином в его знаменитой книге «Происхождение видов путем естественного отбора», которая вышла в 1859 г. Хотя с тех пор прошло уже много времени и наши знания о природе неимоверно разрослись, но теория Дарвина с небольшими дополнениями и до сих пор остается самым точным и верным объяснением тех изменений, которые происходили и происходят в мире живых существ.

Поэтому для понимания хода эволюции жизни нам необходимо хотя бы в кратких чертах познакомиться с этим замечательным учением.

Дарвин обратил внимание на способность животных и растений к чрезвычайно быстрому размножению. Еще Линней, живший примерно за 100 лет до Дарвина, делал такой простой расчет. Вообразим какое-нибудь однолетнее растение, которое приносит только два зерна в год; предположим, что эти зерна на будущий год благополучно взойдут и в свою очередь принесут по два зерна. Если так будет повторяться каждый год, то на 21-м году окажется миллион растений с лишком. Но растения приносят не два зерна, а гораздо больше. Многие деревья разбрасывают тысячи и десятки тысяч семян, а такие растения, как папоротники, мхи, грибы, приносят многие миллионы спор, которыми размножаются. То же и в животном мире. Самка налима мечет в год около 130 тысяч икринок, самка окуня — вдвое больше, а крупная самка трески 3–9 миллионов. Попробуйте по примеру Линнея подсчитать, сколько трески народится от одного экземпляра через 21 год, если все время будут благополучно выживать все миллионы потомков. У вас получится такое число, которое и написать-то будет трудно. Если бы треске ничто не мешало размножаться, то через немного лет она переполнила бы все моря и океаны и кишела бы в них так, что дальше ей уж нехватало бы места на Земле.

Рис. 10. Чарлз Дарвин (1809–1882)

Но это — случай воображаемый. В действительности такое чудовищное размножение большей частью бывает невозможно потому, что каждое живое существо стеснено в своем размножении другими существами. В результате стремления к безграничному размножению и огромной плодовитости возникает борьба за существование между организмами, наряду с борьбой, которую они вынуждены вести с окружающими их неблагоприятными условиями. Не нужно, конечно, думать, что борьба за существование всегда выражается прямым нападением и драками между живыми существами. Если растение производит в год сотню зерен, из которых лишь одно может пустить корень, то это растение ведет борьбу за клочок земли, за воздух, за луч света.

Скорость размножения у растений и животных очень велика, но не всегда побеждают в борьбе за существование как-раз те организмы, которые оставляют наибольшее число потомков. Ведь растениям и животным приходится бороться с разными препятствиями, мешающими им жить и развиваться. Когда европейцы завезли быков и лошадей в Австралию и Южную Америку, где этих животных не было, эти животные размножились там с невероятной быстротой. Размножение их осталось тем же, каким было в Европе, но препятствия, которые там мешали приплоду вырасти, на новом месте отсутствовали: никто не изнурял их хозяйственной работой, никто не резал для еды. Но самое важное — эти животные не встретились здесь с теми хищниками, которые нападают на них в Европе. Не было здесь и опасных для них насекомых, от которых они страдали на родине. Быстроте размножения обычно мешает множество препятствий. Когда хоть часть их устраняется, животные размножаются в огромных количествах.

Возьмем двух крупных птиц: страуса, бегающего по земле, и кондора, хищника и великолепного летуна. Страус кладет несколько десятков яиц, кондор — всего лишь два яйца. Однако во многих местах число кондоров, повидимому, больше числа страусов. В чем же дело? А в том, что страусы откладывают яйца на землю, где за ними охотятся люди и разные животные, кондоры же кладут яйца на недоступной высоте, и никому не придет в голову карабкаться туда за ними.

Буревестник сносит всего лишь одно яйцо в год, а между тем — это одна из самых распространенных птиц. Оно и понятно: свое яйцо буревестник кладет у самого моря, на каком-нибудь пустынном утесе, пряча его в траву или в углубление в почве. Сам же он постоянно носится на своих не знающих устали крыльях над морем, охотясь за рыбой. И здесь у него почти нет соперников. Такие примеры показывают, что распространенность пород животных и растений зависит далеко не от одной лишь их плодовитости, а от всей совокупности сложных условий, в которых они ведут борьбу за существование.

Отношения между разными животными и растениями чрезвычайно сложны. Это показывают приведенные Дарвином примеры. Вот некоторые из них. В Англии в одном округе был большой пустырь, хорошо известный Дарвину. Весь пустырь порос вереском. Часть этого пустыря в несколько гектаров огородили забором и засадили соснами. Прошло немного лет, и Дарвин заметил на этом участке большие перемены. Вереска стало много меньше. Между молодыми сосенками поселилось 12 пород новых растений, которых не было на остальном пустыре; эти растения привлекли на пустырь насекомых, которые на них обычно обитают; вслед за насекомыми появилось 6 пород насекомоядных птиц, которых до тех пор здесь не было.

Другой пример. В разных местах Англии Дарвин наблюдал обширные сухие пустыри, заросшие вереском. Кое-где на них возвышались вековые сосны, но молодых деревьев нигде не было видно. Чем это объяснить? Когда Дарвин стал внимательно всматриваться в землю, раздвигая вереск, то увидел множество сосенок, которые были дочиста обглоданы скотом. На одном из таких деревьев Дарвин насчитал 26 годичных колец. Двадцать шесть лет пыталось деревцо подняться над вереском, и всякий раз какое-нибудь травоядное животное мешало этому. Но стоило в нескольких местах обнести часть этих пустырей забором, как обнесенные участки порастали густым сосняком. Появление молодой поросли, конечно, сопровождалось всеми теми изменениями, о которых была речь в первом примере. Для того чтобы они возникли, достаточно было такого сравнительно незначительного факта, как огораживание и прекращение доступа скоту.

Из этих примеров видно, как жизнь растений связана с жизнью животных. Это хорошо показывает еще один приведенный Дарвином пример. Все мы знаем, что цветы посещаются разными насекомыми — бабочками, пчелами, жуками и т. д. Знаем мы также, что насекомые при этом добывают для себя сладкий сок и в то же время обсыпаются пыльцой и переносят ее с цветка на цветок. Тем самым они производят опыление цветов, чтó необходимо для размножения растения.

Некоторые растения без помощи насекомых вовсе не могут опыляться. К числу их принадлежит, например, клевер. Делали такие опыты. Двадцать цветков белого клевера обвязывали кисеей, чтобы не допустить к ним насекомых, а двадцать других были оставлены свободными. И вот эти последние принесли свыше 2000 семян, а обвязанные цветки не дали ни одного семени. Давно было замечено, что красный клевер, растущий около городов, дает больше семян, чем тот, который растет вдали от населенных мест. Это было долго непонятно. Но вот что выяснилось. Когда на цветок красного клевера садится небольшая бабочка, она не может развернуть его венчика, будучи для этого слишком легкой. Севшая на клевер пчела не может достать сладкого сока, так как у нее очень короткий хоботок. Воспользоваться же соком могут только шмели с их тяжелым телом и длинным хоботком. Стало-быть, чем больше в данной местности шмелей, тем лучше будет опыляться и размножаться клевер. Но у шмелей есть смертельные враги — полевые мыши, которые разоряют шмелиные гнезда. Значит, чем больше мышей, тем меньше шмелей, и тем хуже опыляется клевер. Близ городов, и людских поселений по полям бродят кошки. Они охотятся за полевыми мышами, а истребляя мышей, тем самым способствуют увеличению числа шмелей и, следовательно, опылению клевера. Не зная этих фактов, ни за что не представишь себе, что кошки могут содействовать оплодотворению растений.

Что же выходит в результате всех этих сложных отношений и той постоянной борьбы, которую ведут растения и животные? Вспомним, что среди растений и животных, даже самых близких между собой по родству, имеются те или другие отличия. Даже близнецы кое-чем один от другого отличаются. Эти отличия, составляющие изменчивость организмов, могут иметь самое разное значение.

Отличия между родственными животными могут быть либо полезными для них в борьбе за существование, либо вредными, либо безразличными. Полезные особенности доставляют своим обладателям возможность оставить после себя большое потомство и, стало-быть, передать следующему поколению эту свою полезную черту в силу наследственности. Вредная особенность грозит животному ранней гибелью и оставит его без потомства; стало-быть, этот вредный признак имеет мало возможностей перейти в следующее поколение. Наконец, безразличные признаки могут передаваться потомству, но нет оснований ждать, чтобы оно быстро распространялось. Животные или растения, обладающие ценными особенностями, как бы сами собою отбираются на племя, получая возможность размножаться. Это явление Дарвин назвал естественным отбором. Оно напоминает тот отбор, который производится людьми — животноводами и растениеводами. Они сохраняют для размножения только самые подходящие для их целей экземпляры животных и растений и добиваются таким образом улучшения пород, а в некоторых случаях выводят и совсем новые породы. Производимый людьми отбор получил название «искусственного».

Естественный отбор, действуя в течение неизмеримо большего времени, чем искусственный, и охватывая всех животных и все растения, приводит к неизмеримо бóльшим результатам, чем отбор искусственный. При помощи последнего людям удалось вывести довольно много пород домашних животных и культурных растений, при помощи же естественного отбора возникло все бесконечное разнообразие растительной и животной жизни на Земле.

Естественный отбор и есть, по теории Дарвина, та сила, которая, действуя с самого начала развития органической жизни, направляла это развитие и двигала эволюцию животных и растений. Благодаря естественному отбору победителями в борьбе за существование оказываются те животные и растения, которые лучше приспособлены к окружающей их среде. Это видно на тысячах примеров. Кто не замечал, что насекомые, живущие на зеленых листьях, сами имеют зеленую окраску? Благодаря этому они сливаются с листвой и остаются незаметными для врагов. Вы слышите на кусте стрекотание кузнечика и то не сразу найдете его. А если он перестанет стрекотать, заметить его будет почти невозможно. Насекомые, которые живут на коре, имеют серый или бурый цвет. Это дает им возможность сохраниться и не стать добычей насекомоядных птиц.

То же самое и с птицами. Полярная сова, водящаяся в Арктике, белого цвета. Такого же цвета альпийская куропатка, которая обычно держится среди покрытых снегом гор. В Шотландии водятся две породы тетеревов. Одна — красный тетерев — живет среди зарослей вереска и имеет буроватое оперение. Другая водится на торфяных болотах и обладает черным цветом перьев. Эта окраска перьев составляет для животного важное средство защиты от врагов, которым не легко распознать бурого тетерева среди бурых зарослей и черного на черном торфянике. Надо полагать, что когда-то не существовало двух тетеревиных пород — черного и бурого тетерева, а была одна порода, которая водилась и на торфяниках и среди зарослей вереска. Хищные птицы, нападавшие на тетеревов, истребляли на торфяниках всех тех, которые больше бросались в глаза, и только самые темные тетерева имели возможность сохраниться и передать своим потомкам эту защищавшую их окраску. В зарослях же вереска уничтожались все тетерева, кроме тех, окраска которых напоминала вереск, т. е. кроме буроватых. Так продолжалось многие и многие годы. Под конец из одной породы тетеревов возникли две новые стойкие породы: бурая и черная, которые оказались приуроченными к двум областям распространения. Теперь перед нами результат длительного отбора, и мы поражаемся изумительной приспособленности птиц к окружающей среде. Как видим, эта приспособленность куплена тем, что оставались без потомства все мало-мальски неприспособленные.

Что дело обстоит именно так, в этом могут нас убедить и некоторые специальные наблюдения и опыты. В мелких морских заливах водится особая рыба — камбала, имеющая очень плоское тело, которым она плотно прилегает к морскому дну. Обращенная вниз сторона рыбы окрашена в белый цвет, а верхняя способна менять окраску, принимая тот оттенок, который похож на цвет окружающего морского дна. Но изредка среди камбал встречаются такие, которые на верхней стороне несут несколько больших желтых или белых пятен. Эта окраска, конечно, не очень выгодна рыбам. Спрашивается, оставляют ли эти невыгодно окрашенные рыбы такое же многочисленное потомство, как и обычные камбалы? Один ученый (Франц) собирал камбал на берегах Северного моря и нашел, что на 1000 молодых рыбок (величиной не больше 8 см) оказывалось 9 имеющих пятна — белые и желтые. А среди взрослых число этих пятнистых сильно уменьшилось: надо было набрать около 17 тысяч взрослых камбал, чтобы среди них найти только двух рыб с пятнами. Почему же получается такая разница в числе этих рыб в молодом и взрослом возрасте? Очевидно потому, что ненормально окрашенные камбалы чаще становятся добычей врагов, чем обычные. Когда в морской аквариум поместили несколько десятков камбал и между ними одну с желтыми пятнами, надеясь показать ее посетителям, то не прошло и дня, как большой краб, живший в том же аквариуме, набросился на эту камбалу и съел ее, тогда как все остальные оказались нетронутыми.

Для того чтобы полезные признаки могли удержаться в потомстве и стать устойчивыми особенностями всей породы животных или растений, нужно, чтобы эти признаки были наследственными. Однако не все признаки таковы. Поясним это примером.

Люди, которым приходится много работать руками, например лодочные гребцы, имеют очень сильные мышцы на руках. Это — их признак. Передается ли он потомству? Очевидно, нет. Сыновья гребцов, если они не будут заниматься отцовским делом, окажутся людьми с обычными мускулами. Словом, такие признаки, которые приобретаются животным или растением в течение его жизни, не передаются потомкам. Стало-быть, есть признаки наследственные и ненаследственные. Дарвин знал это. Он говорил об отборе наследственных изменений, так как ненаследственные значения для отбора, по его мнению, не имеют. После Дарвина наследственные изменения были особенно тщательно изучены и получили название мутаций. Эти мутации и дают материал для естественного отбора.

Изменчивость и наследственность — два главных свойства организмов, необходимые для естественного отбора. С их помощью отбор сохраняет и увеличивает у потомства высокую приспособленность. Постепенно она все увеличивается, и это кажется нам постепенным совершенствованием организмов. Но не нужно забывать, как эта приспособленность возникла и какой ценой она куплена.

Высокая приспособленность организмов, их «целесообразное» устройство соответствует только тем узким условиям, в которых они живут. Изменятся эти условия, и целесообразность обратится в свою противоположность. Горностай одет зимой белым мехом. Как подходит эта белая шубка к окружающему снегу, как она скрывает и делает незаметным маленького хищника, когда он подкрадывается к добыче! Но если наступит ранняя весна или сильная оттепель и снег сойдет, то одетый в белую шкуру горностай окажется в самых тяжелых условиях: он издали бросится в глаза и врагу и добыче. Целесообразность устройства животных и растений очень относительна, и в каждой ее черте, в каждом признаке видно, что она возникла под действием слепых, стихийных сил природы, а не создана каким-то премудрым творцом, который будто бы все заранее предусмотрел и приспособил.

Церковь в своей борьбе против науки постоянно указывала на «целесообразность в природе», как на лучшее свидетельство существования разумного творца: стоит, мол, лишь всмотреться внимательно в окружающий мир, чтобы увидеть в нем «божью мудрость».

В середине XIX века эта крупная карта церковников была окончательно бита. Теория Дарвина нанесла ей решительный удар. Дарвин понимал, что он сделал для церковников, и говаривал: «Если бы я выступил с такой книгой триста лет назад, черные бестии поджарили бы меня на костре». И действительно, вера в чудесное сотворение мира богом и истинная наука о развитии жизни несовместимы.

Борьба за жизнь не всегда идет одинаково ожесточенно. Сила этой борьбы в разных местах земного шара тоже неодинакова. Если в какую-нибудь страну вселяется новая порода животных, то отношения между живыми существами становятся сложнее, и борьба большей частью обостряется. Но чем острее борьба, тем строже естественный отбор. Те породы, которые не могут быстро измениться и улучшиться, терпят поражение: они становятся малочисленными. А малочисленность — это первый шаг к вымиранию.

Действительно, любая слишком холодная зима, слишком сухое и жаркое лето, недостаток корма — все это представляет для малочисленной, а стало-быть, недостаточно приспособленной породы величайшую опасность и может привести ее к полному вымиранию. Многочисленная же порода, если даже ее представители вымрут в одном месте, сохранится в других. Кроме того, малочисленная порода имеет гораздо меньше возможностей измениться в благоприятную сторону. Чем больше особей, тем больше возникает всяких изменений, тем они разнообразнее, и тем больше возможностей для естественного отбора. В малочисленной же породе несравненно меньше разнообразия, и потому в ней реже появляются полезные изменения. Все это ставит ее в очень невыгодное положение сравнительно с породами многочисленными. Поэтому в истории жизни на Земле обычно наблюдается такая картина: какая-нибудь порода животных или растений становится сперва малочисленной, а потом и вовсе вымирает. Таких случаев было немало уже на глазах у человека. В глубокой древности в наших лесах водились в большом количестве дикие быки — туры. Они были долгое время любимым предметом охоты. До сих пор сохранились описания этих охот, остались картины, изображающие диких быков, сохранились их рога и скелеты. Но живых туров уже нет. Они лет пятьсот-шестьсот назад стали очень редкими, малочисленными, а лет триста как вымерли окончательно. Последний дикий тур был убит одним польским охотником около трехсот лет назад.

Во время Мировой войны были окончательно истреблены зубры. До этого они сохранялись в небольшом числе и жили в Беловежской пуще (в бывшей Гродненской губернии, отошедшей к Польше). Когда-то в Европе водилось огромное число зубров. Хотя люди с древнейших времен охотились на них, но нельзя думать, что зубры вымерли только потому, что их истреблял человек. Много зубров было не только в Европе, но и в Сибири, а там и теперь найдется не мало простора, где им легко укрыться от человека; однако здесь они исчезли еще раньше, чем в Европе. Чем это было вызвано? Оказывается, их погубило расселение другого лесного животного — оленя. Зубры очень нуждаются в сырых местах, поросших молодыми зарослями. Здесь они находят защиту в летнее время от насекомых, сюда же забирается самка во время отёла. Олени же питаются молодыми ветками и объедают их в огромном числе. Зубры едят этот корм по весне. С распространением оленей корма им стало нехватать. А когда молодые заросли исчезли, в лесах стало суше, пересохло много ручейков, ключей и сырых мест, куда зубры постоянно приходили на водопой (зубры пьют много воды). Зубрам пришлось пить стоячую воду из болот. В этой воде живут особые черви — печеночные двуусты. Попав с водой к зубрам в рот, эти двуусты забирались в желудок, в кишки, проникали в печень, вызывая тяжелую болезнь, от которой зубры гибли массами. Выходит, что расселение оленей в местах, занятых зубрами, привело к вымиранию последних. Вот пример борьбы за существование, при которой никаких драк между борющимися животными не происходит и все же одно из них вызывает гибель другого.

Итак, в борьбе за существование выявляется:

1. Способность организмов приобретать новые признаки или особенности — их изменчивость.

2. Способность их передавать свои особенности следующим поколениям — наследственность.

3. Выживание наиболее приспособленных наряду с устранением неприспособленных — естественный отбор.

Изменчивость, наследственность и естественный отбор — вот что двигало вперед развитие — эволюцию — всего органического мира. Огромным количеством неопровержимых фактов Дарвин установил, что эволюция происходила в течение миллионов лет и в ее результате получилось все богатое разнообразие современных видов растений и животных. Очень много видов, оказавшихся неприспособленными к изменяющимся условиям жизни на Земле, при этом погибло. Эволюционным учением Дарвина нанесен сокрушительный удар религии, вере в то, что растения и животные были созданы каким-то «творцом» сразу готовыми — такими, какими они существуют в наше время.

Борьба за существование ведется с тех пор, как появились первые живые организмы, первые клетки. Но следы этих существ вследствие их неустойчивости, а также грозных преобразований в земной коре на первых этапах жизни Земли, как было сказано выше, не сохранились. Зато от последующих времен Земля сберегла много следов и остатков былой жизни. Изучение их бросает яркий свет на весь процесс развития живого мира.

Познакомимся теперь с тем, каким образом и в какой форме сохранились остатки древней жизни и о чем они говорят.

 

VIII. Как сохраняются следы древних организмов

Когда земная кора настолько остыла, что подземный жар перестал изменять до неузнаваемости ее слои, в них начали сохраняться остатки животных и растений. В этих остатках обычно уже не бывает органического вещества. Оно в результате длительных химических изменений постепенно заменяется неорганическими — минеральными — веществами: остатки организмов, пролежав в земле достаточное время, окаменевают, а потому и называются окаменелостями. При этом лучше всего до нас доходят твердые части организмов, так как мягкие быстро сгнивают, не успев окаменеть. И животные, и растения очень редко сохраняются в полном своем виде. Чаще всего находят лишь отдельные их части: кости, зубы, раковины, куски стеблей, корней, отдельные плоды и т. п.

Как же сохранились и в каком виде дошли до нас остатки вымерших организмов? Это происходило разными способами. Могло случиться, что твердые панцыри умерших животных падали на дно моря. Если это было недалеко от устья большой реки, приносившей с собой массу тонкого песка или ила, то такие панцыри постепенно покрывались, затягивались илом и навек скрывались под новыми отложениями, как забытый памятник далекого прошлого Земли. Над ними накоплялись все новые и новые слои. Их могло накопиться так много, что, наконец, они выступили из моря.

Но бывало и другое. Мы знаем, что среди различных изменений, совершающихся на Земле, нередко происходит поднятие морского дна в каком-нибудь месте. Если это совершилось там, где много веков до того отложились скорлупки прежних животных, то они вместе с погребавшим их песком и илом поднимаются на дневной свет из морской пучины.

Могло статься, что река размыла такую равнину, выступившую из моря, и обнажила древние пласты. Бывало и так, что реки меняли свое русло и пересыхали; тогда в скрытых веками слоях находят следы давних лет.

Со времени первых таких следов начинается летопись земной коры, с этих пор на камнях записана жизнь Земли. Дело на Земле пошло так, что слабые ростки жизни не захирели, а стали развиваться, и через много сотен веков жизнь расцвела пышным цветом, произвела тысячи чудеснейших форм, заполнивших все уголки Земли. Искорка жизни, слабо тлевшая в ничтожных существах, возникших самостоятельно на старой негостеприимной Земле, разгорелась в яркий огонь.

Через бесчисленные ряды живших когда-то существ мы связаны не с выдуманным Адамом как праотцем, а с той живой частицей, которая не исчезла без следа, а произвела на свет своих заместителей — распалась на отдельные живые кусочки, разделилась на такие же живые частицы. Каждая из них могла жить самостоятельно и повторить историю своей матери, создав множество таких же новых частиц-клеток.

Первые шаги были самыми трудными и медленными. Мельчайшие жизненные комочки, возникшие на Земле, росли, множились и умирали. Умирая, они устилали своими телами речное и морское дно. При жизни они захватывали из окружавшей их среды различные вещества, которыми пользовались для поддержания своего существования. Вместе с пищей попадалось немало и таких веществ, которые для питания не годились, но зато могли укрепить слабенькое тельце крошечного живого существа: таковы были, например, песчинки и известковые вещества. В живом теле они изменялись, отлагались в виде скелетов и скорлупок и могли остаться даже тогда, когда само тело сгнивало: сложенная из них твердая скорлупка сохранялась надолго. Миллиарды таких крошек, населявших море, ежедневно умирали, и миллиарды скорлупок (раковинок) обильным дождем падали на морское дно, устилая его бесконечными слоями. Проходили сотни, тысячи, миллионы лет, и массы раковинок слежались, уплотнились и образовали твердые пласты. В некоторых из них и теперь можно разглядеть множество обломков раковин.

Не только остатки мелких вымерших животных сохраняет до наших времен земная кора: в ней отлагались и сохранялись твердые части крупных животных, а иногда целые костяки огромных великанов, живших когда-то на Земле.

Бывают счастливые находки, когда в одном месте выкапывают сразу остатки нескольких или многих животных. Такие места называются «кладбищами ископаемых».

В Германии, недалеко от города Штутгарта, есть каменоломни, где добывают особый камень, называемый песчаником. Камень этот возник из уплотнившегося морского песка и ила. На одном куске этого песчаника нашли замечательную картину: не меньше двадцати четырех штук ящериц, покрытых сверху и снизу твердым панцырем, когда-то окончили здесь свою жизнь и сохранились именно в таком положении, в каком они были в минуту смерти. Они копошились на берегу моря в прибрежном песке, вылавливая из него червяков и другую снедь. Но разразилась буря, и высокая волна обрушилась на берег, неся с собой массу клейкого песка и ила. Вода схлынула, а ил и песок покрыли животных. Не успели те выбраться на поверхность, как набежала новая волна и нанесла новый слой. Засыпанные ящерицы начали биться, извиваться, свертывать свое гибкое тело, но с каждой волной их засыпало все больше, и наконец они все погибли в судорожных движениях. Прошли века. Море в этих местах высохло. Ил и песок обратились в твердый камень — песчаник. И в нем, как в музее, остались окаменелые кости и панцыри этих застигнутых бедой животных. Так мертвый камень красноречиво рассказывает нам историю гибели целого стада давным-давно исчезнувших пород животных.

Большие скопления костей на одном месте могут возникнуть по разным причинам. И теперь можно иногда видеть, как волна выбрасывает на морской берег маленьких рыбок и других мелких морских животных. Они остаются лежать на берегу, гибнут там, а остатки их покрываются илом и песком; так они постепенно превращаются в окаменелости.

Бывает и так, что животные приходят к воде напиться и здесь находят свою гибель. Есть в Америке близ города Лос-Анжелос старинное высохшее болото, где добывают смолу (асфальт). В этой смоле оказываются погребенными сотни костяков древних животных, которые уже давно в тех местах не живут. Там выкопали кости лугового волка, волка-великана, медведя, льва, тигра с огромными зубами, похожими на саблю, слона, верблюда и многих других. Эти животные приходили к болоту пить, но вязли в его топкой почве; они старались освободиться, но чем больше двигали ногами, тем больше вязли. Попавший в такую беду слон или верблюд поднимал страшный рев. На его голос сбегались хищные звери — волки, тигры, львы и др. Они прыгали на гибнущее животное, терзали его, но с ним вместе нередко гибли и сами.

Пока трупы еще не погружались совсем, на них слетались хищные птицы и птицы-стервятники. Отяжелевшие от еды, птицы эти иногда тоже попадали в болото. Таким образом и получилось, что в болоте погибло множество крупных копытных животных вместе с хищными зверями и птицами. В асфальтовой смоле кости их пролежали миллионы лет и великолепно сохранились.

Не только в болотах могут находить гибель десятки и сотни животных зараз. Путешественники, которым случалось видеть стада диких лошадей, сообщают, что иногда эти стада, чего-то испугавшись, бросаются вскачь, не помня себя, несутся без дороги и с разбега свергаются с крутых гор вниз, попадая в пропасти и погибая там сотнями. То же случается с северными оленями при снежных бурях. Они бегут, не разбирая пути, и падают с обрывов и высоких скал прямо в реки. Случается, что морские течения прибивают тела умерших животных к берегам. Так, на побережье Бискайского залива (в южной Франции) нередко море выбрасывает огромные туши мертвых китов. Вероятно, то же происходило в древнее время и у берегов Бельгии: в пластах Земли там и теперь находят кости вымерших пород китов и притом в очень большом числе.

Крупные хищники — львы, крокодилы и др. — подстерегают добычу у водопоя. Напав на нее, они часто тут же ее и пожирают. В таких местах постепенно может накопиться много костей погибших животных. Внимательно рассматривая эти кости, можно найти на них следы зубов хищника. Крокодилы утаскивают свою жертву в глубину воды и съедают ее там. Кости падают на дно и могут сохраниться гораздо лучше, чем те, которые лежат прямо на земле. В одном месте в Германии нашли продырявленные зубами крокодилов кости трехпалых лошадей, больших и малых свиней, носорогов, больших слонов и разных пород оленей. Здесь почти не встречаются целые костяки; даже многие отдельные кости раздроблены и изгрызены зубами.

Массами гибнут животные во время сильных засух. Так в 1833 году в Южной Америке от засухи погиб миллион голов рогатого скота. Около высохших источников собираются умирающие от жажды животные; здесь пропадает даже вражда между ними. Возле одного такого источника в Африке нашли совершенно целые скелеты носорогов, зебр (похожих на лошадей животных), газелей, антилоп и вместе с ними — гиен и шакалов (хищники, близкие к волкам); ни одна из костей не была тронута зубами хищника. Значит, все эти животные погибли только от жажды.

Не мало животных гибнет при извержениях вулканов. Не столько их умирает от потоков раскаленной лавы, сколько от массы пепла, который дождем сыплется долгое время после извержений и засыпает все живое. Как известно, при извержении вулкана Везувия в 79 году нашего летосчисления было засыпано пеплом два римских города — Геркуланум и Помпея. Таким путем тоже возникали огромные кладбища ископаемых животных.

Одно из самых больших таких кладбищ было открыто в Греции, в той ее части, которая называется Аттикой. В этой процветавшей в древности стране давно стали делать большие раскопки, так как здесь сохранилось много памятников старины. Удалось открыть и то, что происходило в горах и полях Аттики несколько миллионов лет назад. Картины этой жизни восстановлены многолетними раскопками замечательного кладбища ископаемых, ставшего неисчерпаемым источником знаний о жизни минувших времен.

Остановимся подробнее хоть на одном этом примере и посмотрим, как удается иногда восстановить по сохранившимся остаткам события минувшего. Кости вымерших животных лежат в Аттике неглубоко под землей и тянутся на очень большом пространстве. Лучше всего их можно наблюдать и собирать там, где река прорезала эти залежи и обнажила кости. Они перемешаны с мелкими камнями, гравием и желтым песком. А слой земной коры, в котором они залегают, — мягкий мергель, т. е. уплотнившиеся и слежавшийся болотный или озерный ил. Стало-быть, в большом болоте или озере каким-то образом погибло неисчислимое количество животных.

Внимательно изучая все подробности залегания костей, ученые наталкиваются здесь на ряд загадок, которые удается разъяснить только путем самого внимательного наблюдения и исследования фактов. Вот важнейшие из них, как их описывает известный палеонтолог Абель.

Бросается в глаза очень большое протяжение этого кладбища животных. Оно не только тянется на много километров по самой Аттике, но как бы продолжается и на соседний остров Эвбею и в общем занимает в длину не меньше ста километров. Те камни, которыми усыпано это кладбище, представляют собой обломки соседней горы Пентеликона. Кости большей частью в полном беспорядке, перемешаны между собой и с камнями и гравием. Большие и мелкие кости, хорошо сохранившиеся и разбитые на кусочки, плотно прилегают друг к другу. Но мелких костей больше всего в нижней части слоя. Во многих случаях кости одной величины и одного вида лежат кучами вместе. Кто мог их отсортировать таким образом? В одном, месте нашли большие кости нескольких газелей, в другой куче все кости принадлежали вымершей лошади с тремя пальцами на ногах (гиппариону), в третьей — были хребтовые кости (позвонки) жвачных животных и того же гиппариона. Были и другие подобные находки. Но и в этих кучах длинные кости не лежали в каком-нибудь порядке, а были просто нагромождены друг на друга. Отсортировать кости таким образом могла только текучая вода, но в тех местах, где кости осели на дно, течения уже не было, так как навалены они в полном беспорядке.

Очень редко можно встретить здесь целые костяки; если попадаются позвонки, то ребер с ними нет. Если найдете кости бедер и голеней, то суставов стопы и пальцев нет. Только скелеты хищных животных — саблезубого тигра, нескольких пород гиен — сохранились почти в целом виде, тогда как основная масса костей, принадлежавших разным копытным животным, разбросана и разрознена. Однако видно, что во время погружения этих костей в ил многие из них были еще скреплены между собой сухожилиями и связками. Еще одно замечательное наблюдение было сделано относительно этих остатков. Длинные кости ног (бедренные, большие и малые берцовые) почти все сломаны в самых тонких местах косым разломом. Те кости, которые всего слабее прикреплены к остальным, например нижние челюсти жвачных животных, все оказываются отделенными. Но нижние челюсти хищников и обезьян еще скреплены с черепом. Большая часть костей вообще сильно разломана, разбита и повреждена.

Как же разобраться во всех этих фактах?

Та бурная сила, которая раздробила и нагромоздила всю эту массу костей, действовала одинаково на всем протяжении кладбища. Там, где лежат кучи беспорядочно набросанных костей, была уже тихая вода, а не бурные потоки. Здесь кости довольно быстро погружались в ил. Но прежде, чем сюда попасть, они неслись по бурным горным речкам, бились о скалы и пни, сваливались в водопады и отделялись друг от друга. При этом бешеном движении по горным потокам они увлекали с собой камни и гравий и частью донесли их до самой тихой воды.

Дело, повидимому, обстояло так. На месте теперешнего кладбища были обширные болота. По склонам горы Пентеликона простирались возвышенные, сухие пастбища. Животные, обитавшие там, спускались на водопой в болота. В болотах отлагался ил, из которого потом возник мергель. Должно быть, была продолжительная засуха, вслед за которой пошли страшные ливни. Стада копытных животных, спасаясь от непогоды, мчались по возвышенным местам, подбегали к краям пропастей и свергались вниз. При этом они ломали себе длинные кости ног. Из всех горных ущелий неслись бешеные потоки вспененной воды, которые увлекали с собой и тех животных, что обитали в ущельях: обезьян, черепах и даманов (мелкие копытные). Почти высохшее болото быстро превратилось в глубокое бушующее озеро. Трупы унесенных потоками животных, отдельные части их — все это неслось в широко разлившееся болото. Трупы, раздувшиеся вследствие гниения, плавали некоторое время по поверхности, и от них отваливались те части, которые слабее прикреплены, например нижние челюсти; прочие части пригонялись волнами к берегам и становились там добычей животных, питающихся падалью. Это обстоятельство подтверждается присутствием цельных скелетов этих животных (гиен) и их окаменелым навозом. Кости, освобожденные от мяса, падали на дно и заносились илом. Так возникали эти залежи костей. Образование их шло быстро, так как иначе нельзя понять, как могли в некоторых кучах сохраниться целые костяки ног или целые хребты. А то обстоятельство, что вместе с этими бесчисленными костями мы не находим никаких остатков растений, указывает, что перед дождями была сильная засуха и что вся местность выше болота представляла собой скалистую, очень сухую равнину. Таким образом, внимательно изучая залежи костей в Греции, мы сможем не только восстановить внешний вид и строение прежде живших там животных, но и понять всю ту обстановку, которая их окружала, и те события, которые их погубили.

Очень редко бывает при раскопках такая удача, что находят целое, совершенно неповрежденное животное. В музее Академии наук СССР можно полюбоваться чучелом вымершего огромного слона — мамонта. Он был найден в Сибири в мерзлой земле, где пролежал многие тысячи лет. Была цела не только шкура, но и мясо и внутренности. Однако такие прекрасные находки — большая редкость.

Рис. 11. Мамонт, найденный в Сибири, в том положении, в каком его туша была открыта

От многих вымерших животных дошли до нас только части скелетов, иногда одна-две кости, а то и просто только обломки костей. Почти никогда найденные части скелетов не лежат в земле в естественном положении. Например, косточки хребта бывают отделены одна от другой и разбросаны между ребрами, кости ног вывернуты или сломаны, череп сломан и раздавлен. Зубы большей частью выпадают из челюстей. Чтобы понять, почему так происходит, надо представить себе, как идет разложение трупа животного после его смерти.

Если животное падет в лесу, его труп вскоре загнивает, все мягкие части уничтожаются крупными и мелкими мертвоедами. Кости на воздухе белеют от солнца. Но вскоре и они изменяются: из крепких становятся хрупкими и превращаются в пыль. Таким образом, от животного не остается ничего. Иначе обстоит дело в пустынной местности. Здесь кости сохраняются дольше. Однако и они в конце-концов рассыпаются в пыль, если их не занесет раньше сухой песок. Под песком они могут сохраняться продолжительное время. В таком виде, действительно, и дошли до нас многие остатки прежних обитателей Земли, погребенных под раскаленными песками пустынь и сухих степей.

Животное, обитающее в воде, после смерти сперва падает на дно. Вскоре благодаря разложению в нем накопляются газы. Они вспучивают его тело, и оно всплывает на поверхность. Но теперь оно уже не имеет своего настоящего вида: нижняя челюсть скоро отваливается, хребет кривится, шея сворачивается в сторону, суставы распадаются. Кому случалось видеть, например, труп дохлой кошки, который плыл по реке и потом был выкинут на берег, тот легко поймет, как сильно меняется после смерти положение отдельных частей тела и вид их.

Носящийся по морской поверхности труп животного прибивается волнами к берегу, и здесь он быстро разваливается на куски, ребра отчленяются от позвонков, а позвонки, как более легкие кости, смываются водой и окатываются о камни, так что вскоре нельзя бывает сказать, с какой костью имеешь дело. Такую же приблизительно работу проделывает с трупами и река. Кроме того, речные и морские раки часто нападают на разлагающийся труп и клешнями отделяют в нем один кусочек за другим, пока совершенно не раздробят его. Труп же, выкинутый на берег, делается добычей птиц, разных хищников, грызунов и некоторых других животных. На дошедших до нас костях часто бывают видны следы зубов и когтей хищников. Некоторые слизни и черви проделывают в костях ходы и совершенно изменяют их вид.

Но если труп павшего животного избежит всех этих воздействий и все же уцелеет, то он должен претерпеть еще ряд изменений, в том числе и химических, прежде чем превратится в настоящую окаменелость, показывающую образ неизвестного нам животного.

Самое главное условие для сохранения трупа — отсутствие сырости и воздуха. Очень хорошо защищают от воды и воздуха смола и сухой песок. В песке сухие трупы могут сохраниться по многу тысяч лет. Это случается и с человеческими телами, похороненными в сухой песчаной почве. Такие высохшие трупы были использованы христианской церковью: их объявили нетленными «мощами святых», которые будто бы за свою праведную жизнь уцелели и после смерти. Совершенно естественное явление церковники возводят в какое-то чудо. Нет никакого сомнения, что сохранение трупа в сухом виде зависит от свойств почвы, в которой он погребен, а не от чего-либо другого. Почва одинаково сохраняет трупы и людей, и собак, и мышей; и все эти трупы принимают сходный вид — они темнеют, усыхают, сморщиваются, становятся легкими. В таких случаях до нас доходят не одни кости, но и куски кожи, и высохшие мускулы, и другие части. Можно лишь пожалеть, что этих случаев немного.

 

IX. Как мы узнаем о жизни вымерших существ

Можно ли по мертвым, разрозненным остаткам прежних животных восстановить не только устройство их тела, но и картину их жизни? Можно ли сказать, что такое-то животное было лесным или лазало по деревьям, а другое жило в степи, третье плавало по реке, четвертое питалось травой, пятое рыло землю и кормилось червями и слизняками и т. д.? На первый взгляд кажется, что ответить на все подобные вопросы нет никакой возможности и что наши знания о прошлом поневоле очень ограничены. Мы можем узнать только об устройстве костей (скелета) и в некоторых счастливых случаях кое-что о коже, мускулах, внутренностях животных. Но образ жизни животного как-будто должен остаться для нас вечной тайной. К счастью, дело обстоит не так уж плохо. Во-первых, устройство скелета само уже может многое сказать нам об образе жизни животного; во-вторых, во многих случаях от прежних животных до нас дошли и настоящие следы и остатки их жизни.

От некоторых животных, бродивших по мягкому песку или по илу, сохранились отпечатки ног, настоящие ископаемые следы. На рис. 12 изображены некоторые из них. По ним нетрудно разглядеть, что на передних ногах животного было три пальца, на задних — пять, что это животное опиралось на всю ступню, а не только на пальцы, как наши кошки, что оно не волочило по земле хвоста, как делают крокодилы и ящерицы, и т. д. Если к этим следам прибавить и остатки костей такого животного, то не останется сомнения в способе его хождения.

Рис. 12. Отпечатки ног ископаемых животных на песке

По виду следов можно заключить, какими способами передвигалось оставившее их животное: шагало ли, опираясь на всю ступню, бегало ли, касаясь земли только кончиками пальцев и выступом на подошве, или оно могло спокойно постоять на месте, держась на одних пальцах.

Мы уже говорили, что на многих ископаемых костях есть следы зубов: зубы хищников оставляют следы одного вида, зубы грызунов — другого, зубы крокодилов — третьего и т. д. Еще больше следов пищи прежних животных иногда сохраняется в их норах и пещерах. Большие звери кошачьей породы (львы, тигры и др.) затаскивают добычу к себе в норы и там ее пожирают. Если удается раскопать такую нору, то в ней отыскивают остатки пищи прежнего обитателя. Попадаются большие пещеры, в которых по оставшимся следам можно разобрать, какие животные там жили и как они сменяли друг друга. Бывало, что сперва пещеру занимали гиены, потом ею завладевали «пещерные медведи» и оставались там. Но взрослые пещерные медведи едва ли подолгу жили в пещерах. Зато в них укрывались медведицы, особенно тогда, когда у них рождались медвежата. Иногда случается найти в подобной пещере костяки медведицы и маленьких медвежат.

Относительно питания прежде живших животных можно кое-что узнать и по окаменелым остаткам их помета, по так называемым копролитам (рис. 13). На некоторых из них имеются винтом идущие линии. Теперь такие выделения бывают у животных, у которых в кишке проходит особый «винтовой, или спиральный, клапан». По этому признаку можно думать, что и кишки этих вымерших животных были снабжены таким же клапаном. По составу копролитов можно сделать выводы относительно характера пищи животных.

Рис. 13. Копролит

В скелетах рыбоящеров (вымершие водные пресмыкающиеся) найдены остатки других рыбоящеров, только много меньше. Как они туда попали? Можно подумать, что рыбоящеры иногда пожирали собственное потомство. Так делают и в наше время хищные киты, называемые касатками. Но замечательно, что в теле этих рыбоящеров лежат мелкие рыбоящеры в согнутом виде, в каком бывают только зародыши животных, и притом всегда цельные, а в других случаях в таком положении, какое животные принимают при рождении на свет. Из этого делают вывод, что рыбоящеры были живородящими.

Изучив множество находок — остатков вымерших растений и животных, исследователи смогли нарисовать картину развития жизни на Земле. Они узнали, как сильно живой мир менялся в прошлом и как эти перемены шли в связи с переменами климата, с поднятиями или опусканиями суши, с передвижениями морей и другими изменениями условий жизни на земной поверхности. Весь ход развития жизни ярко освещен учением Дарвина. Дарвиново эволюционное учение и нужно все время иметь в виду при чтении следующих глав нашей книги. Оно дает убедительное объяснение тех движущих сил, которые вели к постепенному усложнению и усовершенствованию организмов, начиная от простейшего одноклеточного существа.

Чтобы легче разобраться во всех этих переменах и составить точную и ясную картину последовательного развития жизни, ученые делят историю Земли на отдельные крупные промежутки времени, называемые эрами. Каждая такая эра имеет свой особый характер и охватывает несколько крупных ступеней в эволюции жизни. Со времени начала развития жизни Земля пережила следующие эры:

1. Архейскую («начальную») эру.

2. Палеозойскую («древнюю») эру.

3. Мезозойскую («среднюю») эру.

4. Кайнозойскую («новую») эру.

Эры длились сотни (или самое малое — десятки) миллионов лет. Поэтому каждую эру делят еще на периоды, что облегчает обзор развития жизни. Общая продолжительность их чрезвычайно велика. Геологи, изучившие, как образовалась земная кора, предложили несколько способов для вычисления того времени, которое потребовалось на это. Большая часть их теперь согласна с тем, что это время надо измерять миллиардами лет. Если ученые и спорят еще по этому поводу между собой, то спор идет лишь о большей или меньшей точности — о миллиардах или сотнях миллионов лет, но никто не защищает библейского летосчисления, и все одинаково видят в нем лишь наивную, детскую сказку. В этом вопросе, как и во всех других научных вопросах, библия выдает грубое невежество своих составителей и авторов.

 

X. Архейская («начальная») эра в развитии жизни

Самые древние остатки организмов и создавшихся при их участии веществ дошли до нас из архейских отложений земной коры. Отложения эти чрезвычайно мощные (толстые): ясно, что проходили сотни миллионов лет, пока они накоплялись. Наиболее древние, нижние отложения, сдавленные огромной тяжестью вышележащих пластов, сильно изменились: из слоистых они превратились в кристаллические. Помимо давления этому помогло и действие внутренней теплоты земного шара. Остатки организмов, которые могли в них находиться, при этом тоже изменились до неузнаваемости. Мы не знали бы даже, была тогда жизнь или нет, если бы не некоторые вещества, накопленные в архейских пластах; эти вещества, как мы хорошо знаем, могут образовываться в земной коре только при действии организмов. Они действительно образовались из остатков древнейших растений и животных. Но самих этих остатков в кристаллических горных породах архейского времени мы не находим.

Лучше обстоит дело с теми архейскими отложениями, которые дошли до нас в виде слоистых пород, еще не успевших перекристаллизоваться. Это — более молодые слои. В них найдены остатки бактерий, имевших вид микроскопически мелких шариков. Сохранились остатки других бактерий, так называемых железобактерий, родственники которых и сейчас живут на Земле. Железобактерии выполняют огромную химическую работу, принимая участие в создании железных руд. Они живут в тех водах, которые содержат соли (закиси) железа, и окружены тончайшими нитевидными трубочками, возникшими из выделяемой ими слизи; они извлекают соли (закиси) железа из воды, перерабатывают их в своем крошечном тельце и пропитывают ими трубочки (превращая их в соли окиси). Живут эти бактерии колониями. Когда трубочки окажутся целиком пропитанными железом, бактерии покидают их и принимаются строить новые трубочки. В результате их деятельности скопляются соединения железа, которые через сотни тысяч и миллионы лет превращаются в мощные залежи железных руд.

От появления первичных (коллоидных) организмов на Земле до возникновения настоящих бактерий прошло очень много времени. Бактерии, вероятно, и были теми устойчивыми формами живых тел, которые завоевали на Земле господствующее положение в начальный период истории жизни. Они могли существовать раньше, чем возникли настоящие растения и животные. Среди бактерий есть большая группа таких, которые, способны жить за счет усвоения неорганических химических соединений в почве и воде, подобно знакомым нам железобактериям. Таковы, повидимому, были и те мельчайшие бактерии-шарики, жизнь которых связана с созданием древнейших известковых слоев. Позднее, когда разросся мир растений и животных, разнообразие бактерий сильно увеличилось. Возникли новые формы, которые приспособились к тому, чтобы жить за счет растительных или животных организмов или за счет их трупов. Так появились многочисленные бактерии гниения, брожения, бесчисленные бактерии-паразиты, вызывающие разные заболевания растений и животных. Эволюция бактерий тесно связана с эволюцией растительного и животного миров, так как бактерии приспособлялись к вновь появлявшимся растениям и животным. Самыми последними возникли те бактерии, которые паразитируют на человеке и домашних животных.

Бактерии играют в жизни Земли огромную роль. Даже Пастер не вполне охватывал ее. Бактерии завоевывают для себя все новые и новые источники питания; они заполнили почву, воду и воздух. В одном грамме лесной почвы содержится около 3 миллиардов бактерий; даже в грамме песчаной почвы их около 1 миллиарда.

В огромном количестве населяют они моря. В глубине Черного моря находятся огромные скопления сероводорода, делающие жизнь здесь невозможной для растений и животных. Этот сероводород, однако, не проникает в поверхностные слои воды, и поэтому до глубины в 200 метров в этих морях процветает жизнь. Куда же девается сероводород? Оказывается, его захватывают серные бактерии, обитающие на глубине 200 метров и перерабатывающие его в соединения серной кислоты. Такая же, примерно, картина наблюдается и в Каспийском море. Сколько же бактерий работает в такой гигантской химической лаборатории? Число их невозможно даже себе представить.

Раз бактерии могут приспособляться к самым различным условиям жизни, то они могли дать начало и другим группам организмов. От них, действительно, получили свое происхождение некоторые водоросли. Переход от бактерий, к водорослям был большим шагом вперед по пути эволюции. Правда, и водоросли в большинстве своем относятся еще к миру микроскопически малых существ, но они обладают более определенной организацией и принадлежат к более сложным существам, наряду с простейшими животными организмами. Подобно бактериям, одноклеточные растения и животные кишат повсюду на земле, и их-то и открыл впервые Левенгук в стоячей воде. В одноклеточных телах этих существ мы находим расчленение на протоплазму и ядро; кроме того, они нередко обладают защитной оболочкой или своего рода скелетом, поражающим иногда тонкостью и изяществом строения.

В теле водорослей, кроме ядра, имеется еще одно важное образование, которое свойственно уже всем типичным растениям. Это — так называемый пигмент, красящее вещество, сосредоточенное в особых зернах (иногда в поверхностных слоях протоплазмы). Пигмент не у всех водорослей одинаков. По его цвету различают несколько групп водорослей: синезеленые, зеленые, багряные, бурые.

Особую группу среди водорослей составляют жгутиковые. Это — одноклеточные организмы, снабженные подвижным жгутиком, благодаря ударам которого по воде они передвигаются. Они стоят на рубеже растительного и животного миров. Одни из них имеют пигментное пятно и причисляются к водорослям, другие лишены пигмента и способны захватывать пищу, которую и переваривают. Это — простейшие животные.

Характерный для растительной клетки зеленый пигмент, так называемый хлорофил, представляет особое вещество, улавливающее энергию солнечных лучей и употребляющее ее на химическую деятельность. Эта деятельность заключается, во-первых, в расщеплении находящегося в воздухе углекислого газа на его составные части — углерод и кислород, а во-вторых, в выполнении созидательной работы: в построении из освобожденного углерода и воды органических соединений — сахара, крахмала, других углеводов, жиров и белковых тел. Все эти сложные химические вещества возникают в растительной клетке из неорганических веществ благодаря деятельности хлорофила. Другая освобожденная составная часть углекислого газа — кислород — уходит в чистом виде снова в воздух. Воздух таким образом все время пополняется кислородом.

Вспомним, что животные питаются только готовыми сложными органическими соединениями — углеводами, жирами и белками. Эти соединения животные сами для себя приготовить не могут. Они их получают из растительного мира. Не будь растений, животные погибли бы с голоду. Стало-быть, животные и появиться на Земле могли только после возникновения растений. Растения приготовили для них запас питательных веществ. Кроме того, они создали и другое необходимое для животной жизни условие. Животные нуждаются не только в питании, но и в дыхании. А для этого им нужен кислород. В настоящее время в воздухе, как мы знаем, содержится около 21 % кислорода. Его количество постоянно, и это постоянство поддерживается деятельностью растений, непрерывно обогащающих воздух кислородом. Не то было в архейскую эру.

Состав атмосферы в первые времена жизни Земли, как мы уже указывали раньше, повидимому, резко отличался от теперешнего. Во-первых, в воздухе почти не было кислорода; во-вторых, воздух тогда содержал в себе много углекислого газа. Этот газ делал воздух мало проницаемым для солнечных лучей; поэтому нагревание солнцем было не слишком сильным. Зато присутствие в воздухе этого газа и водяных паров очень задерживало охлаждение воздуха в ночное время. Земля была как бы окутана мало проницаемой для тепла оболочкой, которая сохраняла собственную земную теплоту и повышала среднюю температуру Земли. Один ученый высчитал, что если бы теперь количество углекислого газа увеличилось в воздухе втрое, то средняя температура на Земле повысилась бы почти на 10 градусов. Этого повышения было бы с избытком довольно, чтобы растаяли льды в полярных странах и чтобы сошли снега с высоких горных вершин. Климат Земли должен был бы резко измениться: продолжительные морозы случались бы только изредка, зима сократилась бы, лето стало бы длиннее и жарче; в общем, в наших местах климат установился бы такой, какой мы находим сейчас, например, в нашем Закавказье. А на крайнем севере, где теперь простирается область вечной мерзлоты, установился бы довольно мягкий климат умеренного пояса.

Есть все основания думать, что в архейскую эру климат был еще значительно теплее и благодаря, большому содержанию углекислого газа в воздухе, и благодаря тому, что Земля еще не растратила своей первоначальной теплоты, и, наконец, благодаря, тому, что само Солнце блистало ослепительно белым светом и посылало на Землю более горячие лучи. Жизнь расцвела в теплых водах тогдашних морей и океанов. Создавались новые формы растительного мира, а в результате работы растений земная атмосфера стала понемногу очищаться от углекислоты и обогащаться кислородом. Кислород в растворенном виде появился и в море. Так создались условия, при которых стала возможна животная жизнь. Она и возникла вслед за растительной.

Однако относительно животных архейской эры мы знаем еще меньше, чем относительно растений. Кое-где сохранились раковинки одноклеточных животных, так называемых корненожек. Повидимому, животные в те времена играли еще небольшую роль в жизни Земли. Больший интерес представляют другие формы жизни, возникшие в архейскую эру, а может быть, и раньше.

Современная наука больше интересуется мельчайшими организмами, чем крупными. Не слоны и не киты стоят в центре внимания ученых, а мельчайшие, еле видимые или вовсе невидимые живые частицы. Практическая жизнь требует самого подробного исследования именно этих мельчайших организмов. Открытие и изучение их может послужить для разъяснения загадочной природы многих болезней: ведь в основе многих заболеваний лежит нападение на человека микроскопических или ультрамикроскопических[8]Ультрамикроскопическими называют такие мельчайшие тельца, которые нельзя разглядеть в обыкновенный микроскоп, но которые делаются заметными посредством особого прибора, называемого ультрамикроскопом.
организмов. В сельском хозяйстве свойства этих существ связываются с вопросами увеличения урожайности и повышения плодородия почвы. Наука занята исследованием этих ничтожно малых существ и в надежде приблизиться к решению вопроса о первых ступенях эволюции и о начале жизни.

На грани наших знаний находятся организмы, которые так малы, что самые лучшие современные ультрамикроскопы бессильны сделать их видимыми. Они проходят (фильтруются) через самые тонкие фильтры, и их невозможно задержать и отделить от других веществ, чтобы сделать более доступными изучению. Естественно спросить, как же удалось узнать об их существовании, если они ускользают от самых усовершенствованных наших инструментов? Хотя они сами невидимы, но их действия мы можем и видеть и изучать. Самые мелкие из «фильтрующихся существ» называются бактериофагами. Мы узнаем об их присутствии потому, что они пожирают или разрушают живых бактерий. В науке не установлен еще окончательный взгляд на природу этих бактериофагов. Многие ученые считают их самыми простыми из всех живых организмов. Другие более склонны видеть в них не организмы, а химические вещества. Но какова бы ни была их природа, ясно, что здесь мы имеем дело с такими частицами, которые стоят на границе живого и неживого мира.

Несколько крупнее бактериофагов оказываются ультрамикроскопические существа, называемые вирусами (слово «вирус» — латинское и по-русски значит «яд»).

Эти вирусы вызывают целый ряд тяжелых болезней у человека, животных и растений. Копытная болезнь рогатого скота и свиней, собачья чума, оспа, тиф, желтая лихорадка, бешенство, корь и грипп у человека, ряд заболеваний картофеля, табака и других растений — вызываются присутствием вирусов. Хотя они крупнее бактериофагов, они все же так мелки, что свободно проходят через фильтры, за что и получили свое название «фильтрующихся вирусов».

Возможно, что бактериофаги и вирусы — это остатки древнейших организмов. Они тоже изменились в течение истории Земли, приспособившись к существованию в новых условиях. Бактериофаги выработали способность бороться с бактериями, вирусы стали губить растения и животных. Но при всем том они не поднялись даже на такую ступень организации, на какой находятся бактерии. Поэтому в них можно видеть остатки первичных организмов, существовавших в архейскую эру.

 

XI. Палеозойская («древняя») эра

Расцвет жизни в воде

От палеозойской («древней») эры, следовавшей за архейской, остались нам более ясные следы жизни, но тогдашние живые существа совсем еще не были похожи на теперешние. Конечно, жители морей тогда уже очень далеко ушли от самых первых зачатков жизни на Земле. Да и время от начала жизни до палеозойской эры исчисляется сотнями миллионов лет. Тянулась палеозойская эра также миллионы и миллионы лет. Об этом можно судить по тем громадным пластам осадков, которые накопились за ее время. Понятно, что и жизнь за эти долгие годы не стояла на месте; животные и растения начала палеозойской эры сильно отличаются от живших в конце ее. Поэтому палеозойскую эру удобно разделить на первую и вторую половины.

Одно из величайших событий в истории жизни разыгралось в первой половине палеозойской эры. Это — выход растений на сушу и ее завоевание. До того времени суша была совершенно безжизненна. Она представляла такую бесплодную и голую пустыню, какой теперь на Земле не отыскать. Сожженные солнцем пески Сахары и голые скалы полярных морей далеко уступают по бесплодию и оголенности палеозойским землям.

Яркую противоположность этой бесплодной суше составляло тогдашнее море. Оно все было населено бесчисленными растениями и животными. Эволюция жизни прошла бóльшую часть своего пути в морской воде. Здесь шла жестокая борьба за жизнь, и в ней возникали все новые и новые формы.

В особых условиях оказывались те растения, которые жили в полосе морских приливов. Вода по очереди то покрывала их, то схлынув оставляла открытыми. Конечно, в большинстве случаев это было гибельно для растений. Их нежные ткани нуждались во влажной среде, а теплота солнечного луча сушила и убивала их. Порывы ветра, бушевавшего на пустынной Земле, заканчивали разрушение выброшенных из моря детей жизни.

Но среди водорослей оказывались и более стойкие породы. Представление о них может дать живущая теперь на Земле очень древняя морская водоросль — ламинария, называемая еще «морской капустой» (рис. 14). Уже это название показывает, что ткани ламинарии довольно плотные, напоминающие ткани наземного растения. И действительно, рассмотрев строение ламинарии под микроскопом, нашли в ней и покровную защитную ткань, напоминающую кожицу нынешних растений, и проводящие ткани, и такие ткани, которые служат лишь для укрепления тела этой водоросли, — ткани механические. Оно и понятно: это укрепление тканей необходимо ламинарии, так как она растет в прибрежной полосе, прикрепившись к подводным камням. Прикрепление это очень прочно: напрасно приливные волны дергают ламинарию и тянут ее к берегу, напрасно треплет ее морской прибой, — ее гибкое лентообразное тело только извивается в воде, и ламинария остается на месте прикрепления.

Рис. 14. Водоросль ламинария. Ее тело расчленено на корневидную и стеблевидную части и листообразный орган

Возникает вопрос, не получили ли первые наземные растения свое начало от таких сложно построенных водорослей, как ламинария?

Прежде чем ответить на этот вопрос, нам надо указать на некоторые замечательные черты, свойственные всем наземным растениям.

У всех них (за очень малыми исключениями) тело расчленено на части — на стебель, листья и корни или корневые выросты. Оно и понятно: корень нужен наземному растению для прикрепления и для добывания из почвы воды и необходимых солей; водоросль в корне не нуждается, ведь она впитывает соли прямо из окружающей воды, в которой они растворены. Лист также нужен наземному растению: при помощи находящегося в нем хлорофила лист, как мы знаем, добывает главный питательный материал — углерод, разлагая находящийся в воздухе углекислый газ. Наконец, для поддержки листьев и для связи их с корнями служит стебель. Поэтому наземные растения можно еще назвать «листостебельными».

Рис. 15. Приспособление растений к наземной жизни: образуется корень, стебель и лист, сокращается половое поколение и развивается бесполое. У цветковых остались только следы полового поколения: половые клетки развиваются у них внутри проросших спор, и соединение их происходит внутри тканей растения

Отличаются наземные растения еще одним признаком: у них имеется два способа размножения — половой и бесполый. Половой способ состоит в соединении (слиянии) двух особых половых клеток, мужской и женской, и в образовании семян. При бесполом же размножении в растении возникают споры, прорастание которых и дает начало новому растению. При этом происходит чередование обоих способов размножения: полового и бесполого. Это чередование размножения связано с чередованием двух поколений — полового и бесполого. Весь ход развития в основном происходит так: из споры развивается половое поколение, у которого так или иначе возникают мужские и женские половые клетки. Женские половые клетки называются яйцами. Происходит оплодотворение, т. е. слияние половых клеток, после чего из оплодотворенного яйца вырастает бесполое поколение, производящее споры. Яснее всего это чередование поколений выступает у таких растений, как мхи и папоротники, которые в истории развития растительного мира занимают промежуточное положение между типичными водными и высшими наземными растениями.

По мере приспособления растений к наземному существованию у них все больше сокращается половое поколение, которое неразрывно связано с водой (оплодотворение у мхов и папоротников может происходить только в воде), и развивается более устойчивое бесполое поколение.

Теперь мы можем вернуться к нашему вопросу: возможно ли происхождение первых наземных растений от таких водорослей, которые были сходны с ламинарией? Исследования начала XX века открыли в ламинарии замечательную черту. Оказалось, что и ламинария развивается при помощи чередования полового и бесполого поколений. То, что было давно всем известно под именем ламинарии, представляет собой бесполое поколение. Оно приносит споры. Эти споры прикрепляются к подводным камням и прорастая дают небольшие растения. Это — половое поколение: одни из этих растений приносят мужские половые клетки, другие — женские. Те и другие сливаются и снова дают начало бесполому поколению.

Теперь мы можем сказать, что от близких к ламинарии водорослей (бурых, багряных и зеленых) действительно могли произойти древнейшие наземные растения. Находки ископаемых растений палеозоя подтверждают это предположение. Оказывается, что в первой половине палеозойской эры наземные растения жили только по берегам морей, не углубляясь в пределы суши. Чем древнее, тем теснее связь этих растений с морем. По своему строению эти растения очень похожи на мхи и отчасти на водоросли. Таковы древнейшие из известных нам сухопутных растений. Это — так называемые псилофиты, прародители папоротников. У них не было корней, а у большинства не было и листьев, но у них замечается уже расчленение на ткани. Они представляли собой невысокие (в несколько сантиметров) стебли, которые ветвились вилкообразно. Стебли держались на корневище (подземный стебель). Недалеко от тех мест, где найдены эти прибрежные растения, отыскали остатки настоящих водорослей — бурых и зеленых.

Приблизительно в одно время с псилофитами возникли грибы, тоже тесно примыкающие к водорослям и перешедшие в значительной мере к жизни на суше. Грибы представляют собой очень интересную группу с многочисленными формами. Их причисляют к растениям, хотя они, подобно животным, выделяют пищеварительные соки и получают свою пищу, питаясь разлагающимися веществами или живя в качестве паразитов на растениях или животных. Некоторые из них хорошо всем известны благодаря своим крупным плодовым телам («шляпкам») — таковы съедобные грибы. Многие грибы обладают очень сильным разрушительным действием на другие организмы и вызывают у них разные болезни.

С другой стороны, многие из них, как мы уже знаем, очень полезны, например при некоторых брожениях. Началось развитие грибов в первой половине палеозоя.

Древнейший мир наземных растений, еще не порвав связи с водой, жался к морскому берегу и не проникал в глубь суши. Лишь к концу первой половины палеозоя этот мир стал сильно изменяться: псилофиты начали вымирать, а их место заняли более крупные растения. Они были частью похожи на современные хвощи и плауны, частью напоминали мелкие породы папоротников. С приближением каменно-угольного периода, которым начинается вторая половина палеозоя, среди них появились и такие, которые уже выглядели, как настоящие деревья.

В тесной связи с изменениями в климате и с развитием растительного мира изменялся и мир животных.

Первая половина палеозоя замечательна тем, что, в это время еще не было населяющих сушу так называемых сухопутных, или наземных, животных. Хотя жизнь существовала уже многие миллионы лет, она все еще держалась только в океанах, морях и пресных водах. Не было еще, конечно, не только людей, но и ни одного из тех животных, которых мы привыкли видеть вокруг себя. Не было ни одного из тех животных, которых называют позвоночными (у них вдоль спины идет хребет, состоящий из отдельных косточек — позвонков, а внутри этого хребта заключен спинной мозг). Не было также и насекомых, порхающих с цветка на цветок, да и никаких цветков еще не росло.

Это было царство водных беспозвоночных животных.

Рассматривая их остатки, дошедшие до нас, мы с изумлением наблюдаем, какое множество странных животных произошло от тех простейших существ, которые первыми возникли на Земле. В водах палеозойского океана появились многочисленные породы губок и кораллов. Из морской воды они извлекали известь и строили из нее свои скелеты. Лепясь друг к другу, кораллы создали колонии (рис. 16). Эти колонии разрастались в ширину и высоту, превращаясь в огромные коралловые мели. Недремлющие подземные силы могли приподнять в таком месте морское дно, и тогда коралловое сооружение выступало над морской поверхностью, образуя новую сушу — коралловый остров. Но почва такого острова была бесплодной, и пустынным стоял он многие тысячелетия.

Рис. 16. Красный, или благородный, коралл

Кроме неподвижных губок и кораллов, водились в тогдашних морях медленно передвигавшиеся морские ежи и морские звезды. Они пробирались среди водорослей, отыскивая себе пропитание. Немало их жило в палеозойском море, и в каждом собрании ископаемых животных можно найти в изобилии их окаменевшие раковины.

Жили тогда в большом числе разные раки огромной величины и удивительной формы. Особенно многочисленна была группа морских ракообразных животных, известных под названием трилобитов (их тело состояло из трех отделов); питались они преимущественно илом, но некоторые из них были, повидимому, хищными (рис. 17).

Рис. 17. Трилобит. Видно членистое строение его тела и разделение на три отдела

К концу первой половины палеозойской эры развитие жизни сделало большой шаг вперед: в морях из беспозвоночных животных развились первые рыбы. Снаружи они были закованы в твердый панцырь, как раки. Эти древнейшие панцырные рыбы медленно двигались своим неуклюжим телом и, как думают ученые, больше ползали по морскому дну, чем плавали. Эти рыбы вымерли в палеозое. Нелегко заметить в них родство с нынешними рыбами, проворными и верткими обитательницами наших рек и морей.