Окисление - это процесс медленного сгорания, которое высвобождает энергию из углеродно-водородных соединений органических молекул. Это та энергия, которая была накоплена растениями в их тканях. Окисление создает возможность использования этой энергии во многих процессах. В процессе дыхания выдыхается СО2, который может сразу же снова вовлекаться в жизненный цикл растений. Таким образом, между растениями и животными существует двусторонняя связь, которая осуществляется путем реакций окисления и восстановления, причем основным предметом обмена служит кислород. В реакции восстановления растения выделяют кислород; в окислительных реакциях животные выделяют углекислый газ.

Третья группа организмов гораздо менее известна. Она охватывает царство одноклеточных организмов, не являющихся ни животными, ни растениями; сюда относятся зеленые водоросли, бактерии и одноклеточные простейшие, которые прежде считались животными. Тела у большинства простейших состоят из одной клетки или слабо дифференцированы. Предполагается, что зеленые водоросли были предками растений. В действительности простейшие как группа в целом предположительно являются общими предками и растений и животных, и потому тесно связаны с проблемой возникновения жизни вообще.

Давайте вернемся на минуту к вопросу циклов, упомянутому выше. Циклически повторяющееся движение элементов в биосфере подобно тому, которое происходит в неорганических оболочках. В главе второй мы описали круговорот пород как серию повторяющихся преобразований, при которых одни и те же химические элементы меняются местами и образуют различные соединения. Позднее они высвобождаются и образуют другие соединения, бесконечно повторяясь. Круговорот углерода и кислорода, при котором эти элементы временно входят в состав тел растений и затем животных, возвращаясь потом скова в растения, представляет собой биологический цикл. Этот цикл, как и круговорот горных пород, является составной частью движения вещества на Земле.

Как можно определить живое вещество? Пожалуй, ближе всего к этому определению стоит следующее утверждение: "Живое вещество состоит из компонентов, которые могут воспроизводить себя, изменяться и воспроизводить эти изменения". Эти способности обеспечивают передачу энергии и передачу информации. Отметим, что сама способность к воспроизводству является выдающимся свойством организмов. Неорганическое вещество к этому не способно. Мы могли бы добавить, не усложняя определение, а лишь отмечая интересный факт, что в общем молекулы органического вещества имеют большие размеры и более сложны, чем неорганические, и поэтому обладают большей способностью к изменениям. А постоянные изменения являлись отличительным свойством жизни на Земле в течение всей ее долгой истории и продолжают происходить и в наши дни.

Поскольку нас интересует древнейшая история биосферы, наиболее разумным представляется начать с обзора данных о жизни до начала фанерозоя, которые были получены при изучении древнейших ископаемых.

Хотя эти ископаемые немногочисленны и относятся к далеко отстоящим один от другого моментам времени, тем не менее они дают достоверные сведения. Они все датированы, хотя бы приблизительно, калий-аргоновым методом и могут быть положены в основу летописи древнейшей истории живых организмов.

Самые древние ископаемые, найденные в горных породах (табл. 2), представляют собой морские организмы: простейшие (бактерии) (фото 8) и растения, представленные одноклеточными сине-зелеными водорослями. Остатки были найдены в Южной Африке в породах, возраст которых насчитывает по крайней мере 3,2 миллиона лет. Эта дата означает, что в момент, когда возраст Земли составлял лишь одну треть современного, море уже было населено живыми организмами, хотя и самыми простейшими. Это был значительный шаг вперед.

Таблица 2. Основные события истории живого вещества и развития атмосферы и гидросферы. Заштрихованная площадь представляет относительное количество видов организмов. Звездочками обозначены ископаемые, возраст которых установлен калий-аргоновым методом. (Составлено по различным источникам.)

Следующие по возрасту ископаемые остатки были найдены в Онтарио в породах, насчитывающих два миллиарда лет. Они также представляли собой бактерии и сине-зеленые водоросли, как показано в таблице 2. Но в породах центральной Австралии, возраст которых предположительно около одного миллиарда лет, найдены ископаемые растения уже нескольких видов. Среди них, кроме простых одноклеточных организмов имеются также древнейшие из известных многоклеточных организмов. Там же найдены зеленые водоросли - тип растений, обладающих сложными клетками и допускающих уже половое размножение в отличие от простейшего воспроизводства. Эти свойства допускают генетическое разнообразие и тем самым открывают путь к развитию бесконечной дифференциации организмов. Такое явление очевидно, возникло не более миллиарда лет назад. Но к кембрийскому времени, в начале фанерозоя, приблизительно на 400 миллионов лет позднее, уже началось резкое увеличение количества и разнообразия животных организмов, процесс, который привел органический мир Земли к совремеиному состоянию. Это "взрывное" возрастание могло быть результатом возникновения полового размножения.

Фото 8. Древнейший из известных ископаемых организмов, возраст которого определяется 3,2 миллиардами лет. Бактерия (называемая Eobacterium isolation) из восточной части Южной Африки длиной менее 1/1000 мм. Фотография сделана с помощью электронного микроскопа

До сих пор мы упоминали только простейших и растения. А что мы знаем о появлении животных? В докембрийских слоях Южной Австралии, вероятно насчитывающих более 800 миллионов лет, были найдены остатки сотен примитивных морских животных. Все они представляют собой отпечатки на мягких отложениях древней илистой прибрежной равнины и пляжа животных, выброшенных в отлив на берег (фото 9, рис. 28). Животные имели мягкие тела без раковин или каких-либо твердых частей. Сохранившиеся в песчаниках отпечатки принадлежат животным типа медуз, каким-то ветвящимся формам, напоминающим полипы, и еще каким-то формам, не похожим ни на одно живущее сейчас животное. Наконец, были найдены также отпечатки червей и следы их движения на мелководье. В этом разнообразном сообществе -наиболее важным элементом являются именно черви, так как они представляют собой вид высокоразвитых кольчатых червей. Их наличие позволяет предполагать, что более простые животные существовали в море гораздо раньше - настолько раньше, что они успели развиться от простейших форм до более сложных, представленных кольчатыми червями.

Фото 9. Древнейшее ископаемое животное, найденное в Южной Австралии - Колокольчатый червь, Spriggina Floundersi диаметром около 5 см.

Фото 9. Древнейшее ископаемое животное, найденное в Южной Австралии - медузообразное животное, Cyclomedusa davidi, длиной около 2,5 см

Едва ли удивительно то, что мы не находим простейших животных, на существование которых указывают сложные формы, в более древних породах. Маленькие мягкотелые животные могли сохраниться лишь при сочетании условий, которое встречается исключительно редко: очень тонкозернистые отложения, спокойный, хорошо защищенный водоем, позднее заполненный осадками без размыва, и, наконец, гораздо позднее, эрозионные процессы, которые вывели эти отложения на поверхность, но не разрушили их. Вероятно, что большая часть еще более древних ископаемых была уничтожена и уцелевшие становятся нам известны лишь благодаря счастливому случаю.