179. Эволюция жизни: одноклеточные. Лекция №7 по астроломии

Создано автоматически. Нужно вычитать и оформить текст.

Дорогие YouTube-астоны и YouTube-астонихи! Сегодня мы продолжим разговор о зарождении жизни, а также рассмотрим основные этапы ее эволюции. В прошлой лекции мы остановились на том, что парадокс самозарождения жизни, которое согласно принципам современной биологии самозародиться не может, приводит к словесному эквилибру. Поговорим о мастерах словесной престидижитации подробнее. В нашей стране таким фокусником был академик Александр Иванович Опарин. Вот, кстати, его фотография. Это оно, тут не убавить, не прибавить. Это тот случай, когда все на лице и на лицо. Это и есть собирательный образ обитателя клетчатого пола, причем в его советском изводе. И бородка а-ля русский интеллигент, и джентльменская бабочка, и орден Сириуса. А главное, особенная, прямо-таки нечеловеческая доброта лицо гуманизма. Сейчас тебя самого на Patreon отправят. Я Патреона не боюсь. Где я сейчас только не был, если бы вы знали, как говорится, повидал белый свет. Ну, увлекся немного. Бывает. Как говорится, завело и повело в угон. А что Дим Димыч дразнился? Он специально меня там подначивал все время. Я как пошел, такого наговорил. Ну, ладно. Так вот, Опарин. Он разработал или ему сказали, что он разработал теорию о самосборке сложных органических молекул в простейшие живые организмы. Получилось у него, мягко говоря, плохо, но сама идея логически вытекала из сциентистского мировоззрения и оказалась востребованной. Причем не только в СССР. В мире до сих пор проводятся опыты в этом направлении. В большинстве случаев их результаты оказываются фальсифицированными, потому что социальный заказ на это очень большой. Но лиха беда начала. Некоторые продвижения в этом направлении есть. Например, разработали концепцию, согласно которой самозарождение произошло в очень специфических условиях, при очень высоком давлении и температуре, вблизи выбросов подводных вулканов. Затем развитие жизни резко изменило среду обитания и таким образом отрезало концы для дальнейшего самозарождения. Вероятно, такое самозарождение продолжается в очень ограниченных и маргинальных зонах, из которых новые живые организмы не могут выбраться, потому что обычная кислородная среда для них ядовита. Я, конечно, объясняю на пальцах, без нюансов. Есть и другие такого типа концепции. Но все они умозрительные. И никто никогда при помощи экспериментов не воспроизвел переход от неживой материи к живой. То есть не сделал естественный объект искусственным изделием. Но дело не в этом. По сути, на этом пути человечество ломится в открытую дверь. Предположим, что рано или поздно удастся и теоретически, и практически доказать возможность самозарождения жизни. Что этим будет доказано? Представим, что вам подарили компьютер. Хорошо, замечательно. А теперь представьте, что вам подарили ведро грязи. И на ваших глазах из грязи самособрался компьютер. Потому что таковы внутренние свойства этой волшебной грязи. Так где более могущественные технологии и что является более естественным процессом, а что менее естественным? Предположим, что во Вселенной где-то самозародилась жизнь. Почему? Потому что кто-то создал Вселенную с многомиллиардным упреждением, заложив в само ее основание, в саму структуру и в сами свойства химических элементов возможность такого самозарождения. Это высший пилотаж. Кто-то поставил бутылку с шампанским на подоконник, чтобы от нагрева солнцем она самопроизвольно откупорилась и из струя шампанского сама налилась в ваш бокал на расстоянии трех метров в строго определенное время, да еще никого не обрызгав. Какой скрупулезный расчет и какое количество экспериментов кроется за этим «простым» и естественным развитием событий? Тут уже не официант. Здесь работал профессиональный фокусник с тремя ассистентами. На это есть возражение. Наш мир таков, каков он есть, и если он обусловил наше существование, это некая данность. Потому что другие миры, где нас нет и быть не может, в силу физических законов мы не видим. Но если подумать, в этом аргументе есть фатальное противоречие. Наш мир явно чудесен, но он также крайне правдоподобен. Настолько невероятно правдоподобен, что нам никогда не удается найти его невероятные основания. Как мы уже говорили, существует закон стенок мира, который невозможно увидеть. Посмотрите, например, на историю изучения мельчайших субатомных структур. С точки зрения филолога, там происходит явный уход от ответа. С одной стороны, нам эти частицы не покажут, потому что это стена, в которую своим носом уткнется любопытный Буратино. С другой стороны, этот отказ должен быть легален и правдоподобен. Малыш спрашивает родителей, откуда он взялся. Предположим, что по особенностям культуры они считают невозможным сказать ему правду. И тогда оказывается, что его принес аист. А откуда он его принес? А он его нашел в капусте. А где эта капуста? Откуда она у аиста? А он ее купил в специальном детском магазине. Вот подоплеко все истории с кварками, глюонами, связанными частицами и тому подобными отговорками. И оказывается, что человек – это самовоспроизводящийся киборг, основанный на нанотехнологиях, которые самособрались. Почему? А таковы свойства этого мира. Там молекулы могут самособираться в сложнейшей конструкции. А когда возражают, что картина такого мира еще более фантастична, чем мир фэнтези с богами и демонами, вам возражают, что это просто так получилось. Есть другие миры, где все по-честному. Только по-честному мы получиться не можем. И нас там нет. А мы есть здесь. Где все по-честному, но вроде. Мы немного отклонились от темы нашей лекции. Давайте посмотрим, как все обстояло в момент, когда жизнь успешно зародилась. Геологическая история Земли делится на эры, а эры — на периоды. В прошлой лекции мы рассказали о первом периоде — катархее. Он закончился 4 миллиарда лет назад. И предположительно именно в конце этого периода зародилась жизнь. Катархей входит в геологическую эру, которая называется Докембрий. У него есть еще другое название — Криптозой. Уже судя по названию, понятно, что мы знаем о нем довольно мало. Хочу оговориться, что систематика геологической истории достаточно запутана. Ее часто меняют. Кроме того, система в нашей стране отличается от общепринятой. Поэтому я буду говорить без подробностей и уточнений в целом. Кто интересуется, может все прочитать на всех языках и во всех видах. Интернет к вашим услугам. История происхождения жизни там изложена достаточно подробно. В Докембрий, кроме Катархея, входит также Архей, который длился полтора миллиарда лет, и Протерозой, два миллиарда лет. Таким образом, Докембрий — это 4 миллиарда лет, то есть 85% всей истории Земли. Сколько в нашей галактике планет? Сходясь с предположениями, сделанными в предыдущей лекции, 3 триллиона. Они находятся на самых разных стадиях планетарной эволюции, которая зависит в том числе от типа звезды, вокруг которой они вращаются. Существуют самые разные подсчеты относительно того, сколько среди них планет земного типа. Не будем заморачиваться, в любом случае это будет очень большая величина. Ни в расположении, ни в физических характеристиках Земли нет ничего экстраординарного, если ее сравнивать с другими небесными телами Солнечной системы. Всего планет такого типа четыре, это Меркурий, Венера, Земля и Марс. Венера по размерам и массе является двойником Земли, Марс двойник Земли по скорости вращения вокруг оси и по наклону этой оси. Расстояние тоже стандартное, Венера чуть поближе, Марс чуть подальше. То есть даже в этих четырех вариантах много общего, а этих вариантов в мире миллиарды. Наша Земля находится посередине своей эволюции, ей еще жить примерно столько же, а Млечный путь существует около десяти миллиардов лет. Вполне оправданно предположить, что половина планеты земного типа будет старше Земли. Про их эволюцию можно говорить только гадательно, а вот о другой половине мы знаем достаточно много. То есть если мы пошлем зонды на планеты земного типа, то в 50% случаев мы увидим свое прошлое, а в 50% свое будущее. Конечно, где-то эволюция и геологическая, и биологическая будет идти быстрее, но где-то и медленнее, если придерживаться здравой идеи, что мы середнячки. Если мы послали зонды к двум сотням планет, то в случае половины мы можем предположить то, что увидим, исходя из истории Земли. Увидим ли мы на этой сотне планет жизнь? Учитывая мнение биологов, которые постоянно говорят о закономерности и естественности ее возникновения, вероятно, большинство этих планет будет обитаемо. Можно даже сказать, сколько. Если экстраполировать то, что произошло на Земле, из этих ста это будет 89 планет. Теперь какую жизнь мы обнаружим на этих планетах? Все живые организмы на Земле, не считая вирусов, делятся на три группы — археи, бактерии и эукариоты. Считается, что все они, а следовательно, если оставить за кадром вирусов и вообще вся жизнь на Земле, произошли от одного общего предка, которого называют лука. Археи и бактерии — это очень похожие одноклеточные организмы, но имеющие фундаментальную разницу в микростроении. Они построены немного из других молекул, там немного другие химические реакции. У археев и бактерий нет клеточных ядер. Эукариоты — это одноклеточные, имеющие ядра и сложные субклеточные структуры, вроде митохондрий. Поэтому по-русски их называют ядерными организмами. К ним относятся как одноклеточные, так и все многоклеточные, то есть и мы с вами. Одноклеточные эукариоты, как правило, намного крупнее бактерий и археев, на один-два порядка, иногда и больше. Длительное время биологи не подозревали о существовании археев, путая их с бактериями. Только технология генетического анализа позволила понять, что это абсолютно разные организмы. Разница между человеком и амебой меньше, чем между археем и бактерией. После уяснения этой разницы у биологов началась эйфория. Они решили, что это более древняя форма жизни, существовавшая в экстремальных условиях. Действительно, археи — это так называемые экстремофилы, и они могут обитать в горячей воде или в рассолах. Сооружались целые экспедиции для отлова загадочных археев в самых экзотических местах планеты. Но этот карнавал длился недолго. В один прекрасный момент биологи обнаружили археев у себя в животе. Они там производят метан и прекрасно себя чувствуют. Сейчас по одной из версий считается, что археи полезли в соленые озера и термальные источники гораздо позднее своего возникновения и не от хорошей жизни. Они так спасались от антибиотиков, выделяемых бактериями. Первые бактерии и все археи являются анаэробами, то есть для их существования не требуется кислород. Процессы добычи энергии там идут по другим схемам. Кислород также не выделяется в процессе их жизнедеятельности. Эти организмы жили без сколько-нибудь существенных изменений миллиард триста миллионов лет, то есть до миллиард восемьсот миллионного года со дня возникновения Земли. На этом рубеже появились цианобактерии, которые еще называют синий-зелеными водорослями. По словам водорослей, в биологии подразумевают совсем разные типы живых организмов. Так сложилось исторически, в том числе так называют бактерии некоторых. Цианобактерии освоили новый тип фотосинтеза, более энергетически выгодный. Но этот фотосинтез в качестве побочного следствия приводил к выделению бактериями агрессивного газа, кислорода. После этого в атмосфере стало резко повышаться его содержание. Это вызвало уменьшение парникового эффекта и глобальное похолодание. Началось Гуронское оледенение, которое продолжалось триста миллионов лет и было тотальным. То есть вся Земля превратилась в ледяной шар с подледным океаном, как это вероятно сейчас имеет место на спутнике Питера в Европе. Поэтому резкое увеличение кислорода, который, к тому же, был ядовитым газом для большинства организмов тогдашних, называют кислородной катастрофой. Землю того периода называют снежком. В дальнейшем были еще глобальные оледенения, но во всем меньшем масштабе. Дело в постепенном разогреве Солнца. Помните, в прошлой лекции мы не могли ответить на вопрос девушки о холодном Солнце. Пятьсот миллионов лет назад и ранее Солнце было гораздо холоднее, и это не могло не сказываться на климате самым радикальным образом. Оно, как видите, и сказывалось. Сильный парниковый эффект снимал проблему, но его ослабление до современного уровня привело к глобальной заморозке. На широте экватора была температура, как сейчас во внутренних районах Антарктиды. Вся эта история красивая, но, как это обычно бывает при генерализации и схематизации, в ней есть много противоречий с реальностью. Начиная с того, что снежок, это, скорее всего, гипербола, и где-то в экваториальной области было все не так уж и плохо. То есть плохо, но не до такой степени. Во-первых, следует сказать, что цианобактерии, если исходить из анализа и генетического кода, появились гораздо раньше кислородной катастрофы и очень длительное время, более миллионов лет, существовали рядом с анаэробами и занимали маргинальные ниши. Это, кстати, типичная ситуация в биологии. Новые виды появляются задолго до своего расцвета и ждут своего часа в депо, а потом в известный момент идут в глобальный тираж. Так было, например, с млекопитающими. Они появились не в момент вымирания ящеров, а заползли в освободившуюся нишу из какой-то нары, в которой прозябали уже очень давно. Млекопитающие жили уже в триасовом периоде. В ближайшее время у нас запланирована отдельная лекция депо живых организмов. Вернемся к цианобактериям. Выходит, что изначально они не получили какого-то эволюционного преимущества и причины их взрывного роста в чем-то другом. Это первое. Второе, непонятно, почему они сами не вымерли после того, что наделали. Ведь земля-снежок не оставляет шанса для фотосинтеза. Жизнь может сохраниться только в абсолютной темноте в воде под многометровой толщей льда. Тут говорят, что вроде цианобактерии тогда и вымерли, а потом снова появились на новенького. Жизнь крайне цепкая. В самом по себе в выживании микроорганизмов в таких условиях нет ничего экстраординарного. Считается, что жизнь зародилась рядом с раскаленной магмой и под глобальной метеоритной бомбардировкой, которая длилась десятки, а может, и сотни миллионов лет. Интенсивность этой гигантской бомбардировки видна по поверхности Луны, которая вся испещрена кратерами. Гораздо серьезнее следующее возражение. Непонятно, почему все это хозяйство оттаяло. Светимость Солнца за 300 миллионов лет не могла радикально вырасти. А для растопления такой массы белого или прозрачного льда требуются очень большие энергозатраты. Надо разрушить стабильную и самоподдерживающуюся экосистему. Прекращение Гуронского оледенения связывают с резким усилением вулканической активности. Таким же образом можно объяснить и само оледенение. Кроме того, геологический анализ не дает однозначных данных о внезапном резком увеличении кислорода. Похоже, что в земной атмосфере того времени шли сложные геохимические процессы. В общем, тема сложная и, скорее всего, там было все по-разному. В самый последний период истории Земли, уже на шкале не сотен миллионов лет, а десятков тысяч, мы видим несколько оледенений. Вероятно, что в истории Земли этих оледенений были десятки тысяч, а может и больше. И объяснялись они прежде всего изменениями активности Солнца, которое считается переменным светилом с одиннадцатилетним циклом. За одиннадцать лет светимость Солнца колеблется в районе одного процента. Кто проводил наблюдения в течение тысячи ста лет или десяти миллионов ста тысяч лет, может быть раз в десять тысяч лет Солнце сокращает свою светимость на десять процентов в течение года. А если процесс оледенения запущен, он самоподдерживается и таяние потом происходит гораздо медленнее. Следующее примечательное событие в жизни древних одноклеточных произошло примерно в 2 миллиарда 700 миллионолетнем году с начала существования Земли. Возникла новая форма одноклеточных организмов, эукариоты. Как мы уже говорили, у этих одноклеточных есть ядро, которое защищает молекулы ДНК. Сами эти молекулы гораздо сложнее. У этих одноклеточных есть встроенные субклеточные структуры, органеллы, главнейшей из которых является митохондрия. Митохондрия резко повышает энерговооруженность клетки, это такое депо энергии. Поэтому среди эукариотов впервые появляются хищники, которые активно преследуют и уничтожают другие организмы. Как появились митохондрии неясно. Похоже, что это высокоспециализированная бактерия, ставшая симбионом первичного эукариота. У них есть собственная ДНК, передающаяся прямым делением. У многоклеточных организмов митохондриальная ДНК всегда целиком передается по материнской линии. То есть все клетки потомства имеют набор ДНК по ровну у наследованной от родителей, за исключением мужской хромосомы. А вот митохондрия внутри всех клеток аналогична митохондриям матери. Строение клетки эукариота чрезвычайно сложно. Это огромный скачок в эволюции. Причем эта эволюция в случае митохондрии крайне причудлива. Честно говоря, невозможно себе представить, как мог появиться столь сложный и крайне специализированный ноноробот, как митохондрия, путем естественной эволюции. Пожалуй, это не менее фантастическое событие, чем самозарождение жизни. Поэтому между появлением безъядерных одноклеточных и одноклеточных ядерных прошло 2 миллиарда 200 миллионов лет. То есть на возникновение жизни потребовалось где-то 100 миллионов лет, а говорят, что и гораздо меньше. А затем появившиеся организмы стали одноклеточными очень быстро. 2 миллиарда 200 миллионов лет топтались на одном уровне. То есть там были какие-то улучшения, а часто и деградация. Но в целом никакого качественного роста не было. Если его не было 2 миллиарда лет, то почему он возник далее? Логично предположить, что нормальный сценарий — это существование жизни на уровне примитивных одноклеточных. И на этом все заканчивается. Из 89 планет земного типа, которые мы исследуем в мысленном эксперименте, на таком уровне будет 49. То есть в половине случаев мы там найдем только примитивные безъядерные микроорганизмы. Причем обратите внимание, что мутации идут у бактерий очень быстро. Цикл их размножения — несколько часов. И бактерий очень много. В одном грамме неплодородной почвы их 40 миллионов. Суммарная масса бактерий превышает массу всех организмов планеты. А количество бактерий в миллион раз превосходит количество планет во Вселенной. Не в нашей галактике, а во Вселенной. То есть одна Земля могла бы оплодотворить бактериями все мироздание. Бактерии, кстати, в отличие от археи, могут существовать в виде спор. Споры могут быть бессмертными. Вроде оживили споры возрастом 30 миллионов лет и даже больше. И вот все это хозяйство породило из себя первую не многоклеточную, а только более сложную форму одноклеточную только через 2 миллиарда 200 миллионов лет. Это говорит о темпе эволюции, сопоставимом с возрастом Вселенной. Понятно, что события раз в 2 миллиарда лет может за все время существования Вселенной не произойти ни разу. То есть мы открыли древнюю планету, ей 10 миллиардов лет, а там одни одноклеточные. Так получилось. Вполне стандартная ситуация. А многоклеточные организмы появились из ядерных одноклеточных еще через 1 миллиард 200 миллионов лет. То есть тогда возраст Земли насчитывал уже почти 4 миллиарда лет. И это произошло за 700 миллионов лет до нашей эпохи. Как так получилось и что было дальше, мы расскажем в следующий раз. А пока подведем предварительные итоги. Что мы видим? Эволюция живых организмов идет крайне медленно. Скорость эволюции сопоставима с возрастом Вселенной. И она ограничена естественной продолжительностью жизни планеты-звезд. Уже через миллиард лет Земля станет малопригодной для жизни. А еще через миллиард лет это будет раскаленный шар вроде Венеры. Большая часть жизненного цикла на Земле пройдена. И большая часть этого цикла приходится на жизнь одноклеточных, даже с учетом будущего миллиарда лет. Что у нас получается с исследованием сотни планет земного типа? На 11 планетах жизни не будет, на 49 будут найдены первичные микроорганизмы и еще на 27 микроорганизмы, дошедшие до стадии сложных ядерных клеток. Округленно мы имеем только 10-процентную вероятность, что жизни на этих планетах не будет. В 90 случаях жизнь будет найдена. Но в 70 процентах эта жизнь будет только на уровне одноклеточных организмов. И только на 13 планетах из 100 мы найдем хоть какую-то многоклеточную жизнь, хотя бы на уровне червей, губок и медуз. Если исходить из истории развития жизни на Земле, точнее из того, что мы о ней сейчас знаем, можно выделить следующие характерные особенности, которые вступают в противоречие с общепринятыми представлениями. Первое. Жизнь возникает очень быстро и из одного центра, из одной точки или почти из одной точки. При этом в дальнейшем самозарождение жизни не происходит. Второе. Возникновение жизни – это стандартный процесс. При наличии благоприятных факторов она появляется очень быстро. 90 процентов своей огромной истории, сопоставимой с возрастом галактики, Земля была населена. Третье. Жизнь обладает исключительной цепкостью. Несмотря на огромные промежутки времени и крайне длительные периоды самых неблагоприятных условий, вроде глобальной заморозки, жизнь сохранилась. Вторичного запуска на Земле не было. Все живые организмы – потомки того самого Луки. Это означает, что при самых фантасмагорических пертурбациях земная жизнь в той или иной форме будет существовать всегда, даже после расширения и взрыва Солнца через 5 миллиардов лет. Останутся какие-то метеориты, какие-то споры, и они будут существовать хоть триллион лет. Стерилизация жизни – это очень трудоемкий процесс. Если эта пакость завелась, ее невозможно вывести. То есть жизнь – это в значительной степени фактор не биологии, а геологии. В последнее время обнаружили жизнь на глубине 5 километров. Там живет множество одноклеточных организмов и даже примитивные многоклеточные. Учитывая, что они живут там везде, это колоссальная масса. Вероятно, жизнь на Земле сохранится, даже если погаснет Солнце внезапно, его не будет. Потому что Земля – это горячий объект, у нее раскаленное ядро. Уже на глубине 1 километра температура в шахтах достигает 40 градусов, в среднем температура повышается на 3 градуса при заглублении на каждые 100 метров. Эти обнаруженные глубоко под землей организмы будут черпать энергию из окружающих материалов, и при этом там будет достаточная для этого температура. Чтобы уничтожить жизнь на Земле, надо аннигилировать планету или превратить ее в пылегаз. И то в последнем случае могут сохраниться споры и сложные самовоспроизводящиеся молекулы. Четвертое. Настолько медленно, что естественным ограничителем ее эволюции является возраст Вселенной и тем более продолжительность жизни звезд. Безнадежно медленный темп эволюции убыстряет метаболизм на основе кислорода, агрессивного газа, который и в неживой природе дает примеры очень мощных, активных, быстротекущих реакций, горения, коррозии и так далее. В дальнейшем темп эволюции увеличивается при переходе на половое размножение, хотя у простейших организмов есть суррогатные формы, обмена генами, так называемый горизонтальный обмен. Кроме того, в силу понятных причин у прямо делящихся есть некоторые эволюционные преимущества. Они быстрее размножаются и полезные мутации у них всегда воспроизводятся со стопроцентной вероятностью. Но, конечно, есть и большие минусы, иначе мы бы все размножались с пачкованием. Даже с учетом этих стимулирующих факторов жизнь эволюционирует медленно, и это находится в разительном противоречии с ее стремительным самозарождением. На этом разрешите мне сегодня закончить. Лекция у нас получилась очень длинная сегодня. Дим Димыч меня завел, я там наплел много лишнего. Дмитрий Евгеньевич, вы извините, но был неправ, погорячился. Прошу прощения. Это мой стиль. Я не патрионист, а убежденный ютубовец. У меня все просто и для всех по ровну. В следующей лекции мы продолжим рассказывать об этапах эволюции жизни на Земле. Спасибо вам за внимание к прошлой лекции. Надеюсь, это тоже показалось вам не безинтересной. До новых встреч!

Создано автоматически 27.01.2025