Наталья Сердцева - 99 секретов науки

Приблизительно 2,5 миллиарда лет назад биосфера нашей планеты вывернулась наизнанку – этим образным выражением биологи описывают процессы, связанные с кислородной революцией. Первые формы жизни, появившиеся на Земле 4 миллиарда лет назад, были анаэробными, то есть они существовали без кислорода и не выделяли его в процессе жизнедеятельности. Им был знаком фотосинтез, но он происходил не так, как у нынешних растений: бактерии и одноклеточные археи далекой древности «дышали» серой, аммиаком или солнечным светом, в ходе химических реакций преобразуя их в энергию.

Чуть позже появились первые микроорганизмы, способные к фотосинтезу в привычном для нас понимании, с выделением кислорода, – цианобактерии. Их было немного, они существовали колониями, образуя так называемые кислородные карманы. Вокруг этих карманов атмосфера была насыщена аммиаком, сероводородом, углекислым газом, метаном. Одноклеточные археи и анаэробные бактерии чувствовали себя в этой атмосфере прекрасно.

Но постепенно количество цианобактерий стало увеличиваться, уровень кислорода в атмосфере стал подниматься. Сначала он сразу расходовался: происходило окисление горных пород и атмосферных соединений. Когда этот процесс завершился, кислород стал накапливаться, его становилось все больше и больше. Постепенно атмосфера вывернулась наизнанку – кислород был повсюду, а анаэробные организмы образовали безкислородные карманы, где могли продолжать существование. Для них кислородная революция обернулась катастрофой, их численность резко уменьшилась.

Теперь на Земле царили цианобактерии и их родственники, эволюция которых привела к созданию известных нам сегодня форм живого мира, где подавляющее большинство организмов дышит кислородом, а зеленые растения исправно поставляют его в атмосферу.

«Мы все связаны круговоротом жизни, – говорил лев своему подрастающему сыну Симбе в известном мультфильме. – Мы едим антилоп. Когда мы умираем, то становимся травой. Антилопы едят эту траву». Это краткое описание того, как в природе происходит круговорот углерода.

Углерод – одна из главных составляющих жизни, он есть в каждой молекуле растения и животного. При этом атомы углерода постоянно мигрируют по биосфере: сегодня атом находится в составе листа клевера, завтра его съела корова, и он стал частью ее клетки, послезавтра корова умерла, микроорганизмы переработали ее ткани, атом углерода высвободился и оказался в атмосфере. Затем его поймало какое-нибудь растение и в процессе фотосинтеза сделало частью себя. И так до бесконечности, в разных вариантах и путях – на суше, в море, в воздухе.

Каждому живому существу приходится бороться за выживание, потому что еды и места для жизни на всех не хватает. На свет появляется, как правило, гораздо больше особей, чем может существовать на данной конкретной территории. Рыбы откладывают сотни икринок, растения оставляют тысячи семян, помет мелкого грызуна может быть больше десятка, птицы откладывают по 5–6 яиц, из которых вылупляются птенцы. Далеко не все из них доживают до зрелого возраста и оставляют потомство – именно этот показатель говорит об успешности взрослой особи в водовороте бурной природной жизни.

Выживают не всегда сильнейшие, скорее – более приспособленные. Те, кто может умело спрятаться от хищника, кто побеждает в схватке с конкурентом (возможно, хитростью), кто быстро бегает и способен ловко поймать ускользающую добычу, кто имеет особенно яркий хвост и знает, как понравиться самке. Их менее приспособленные собратья погибают в этой ежедневной борьбе, а они оставляют потомство, а значит, передают дальше свои успешные гены. Так происходит естественный отбор.

Если меняются условия окружающей среды, меняется и направление отбора. В глубокой древности все живые существа жили в океане, но пищи на всех стало не хватать, и некоторые были вынуждены выбраться на сушу в поисках пропитания. Тогда особо котировались навыки, которые помогали в новых условиях, хотя до этого те же самые навыки могли мешать.

Естественный отбор, открытый в XIX веке Чарльзом Дарвином, – главная движущая сила эволюции – процесса, в результате которого из простейших одноклеточных организмов появилось огромное количество видов флоры и фауны, отличающееся удивительным разнообразием. Множество доказательств теории эволюции и естественного отбора предоставила археология: по древним окаменелостям можно проследить, как за миллионы лет менялись и усложнялись формы жизни.