«Феномены биологической эволюции»

Сергей Борисович Пашутин

докт.биол.наук

ФЕНОМЕНЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ

Биологическое разнообразие нашей планеты недвусмысленно указывает на поступательное движение химической эволюции, которая успешно продолжается на своем очередном, теперь уже биологическом этапе развития. И хотя это качественно иная стадия эволюции, тем не менее, общие принципы структурного построения, которые биологические формы унаследовали от неживой материи, явственно проступают на всех ступенях филогенеза. Прежде всего, это относится к физико-химическим особенностям молекулярного взаимодействия. Если в конкуренции за исходные ресурсы, на образование какого-либо вещества тратится меньше времени, то это вещество и становится доминирующим в конкретном пространстве.

Термодинамические особенности биологической системы.

То есть, скорость формирования структуры является признаком энергетически более выгодного молекулярного сочетания, по сравнению с другими типами химических реакций. А согласно законам энтропии, сходство биогенных и абиогенных форм материи особенно заметно в их стремлении к нахождению баланса со средой, нацеленной, как известно, на достижение максимальной неупорядоченности. Что проявляется в виде термодинамически устойчивого состояния элементов системы и одновременно в виде ее условного противостояния "агрессивным" окружающим факторам. Правда, это становится возможным, если энергия связи между элементами системы превышает энергию внешних сил, действующих на систему со стороны среды.

Биологическая структура, как раз и является той самой открытой нелинейной системой, которая препятствует своему разрушению за счет способности к самоорганизации. Но расплатой за устойчивость и прочие преимущества живой материи, является зависимость от поступления энергии извне, как необходимого условия существования неравновесной биосистемы. Если способность системы к самоподдержанию своей структуры ослабевает, в том числе из-за неадекватного энергетического восполнения, то ее элементы становятся менее организованными и различия между ними постепенно нивелируются.

Фактически, жизнь есть не что иное, как система по понижению собственной энтропии за счет повышения энтропии окружающей среды. Или как пример локального несоответствия второму началу термодинамики. То есть, неоднозначной применимости данного закона к открытым системам, которые, манипулируя с энергетическими градиентами внешнего окружения, способны достаточно продолжительное время сохранять или даже понижать свою энтропию. Иными словами, разрушение происходит само собой, а любое созидание требует затраты энергии. Именно на этих фундаментальных основах природной целесообразности и происходило последующее усложнение и совершенствование исходно примитивной биологической системы. Из этого со всей очевидностью следует, что в эволюционном аспекте биогенез явился более изощренным и поэтому более сложным по своей структурной организации, способом борьбы с энтропией.

Накопление биологического потенциала на докембрийском этапе эволюции.

Но с другой стороны, чем мы обязаны подобному расточительству и столь неразумным тратам энергии и ресурсов в виде необычайно широкого ассортимента различных форм жизни. В принципе, можно было бы ограничиться одной единственной открытой биологической системой, например, какой-нибудь клонированной биомассой, поскольку в каждой из ныне существующих популяций, как основа, так и само качество жизни, в целом одно и то же. По всей вероятности так оно и было. Среди первых представителей жизни на Земле, или так называемых протобионтов, скорее всего особого разнообразия не наблюдалось. Впрочем, и откуда собственно ему было взяться? Разнообразие сложилось постепенно, когда в результате накопления биомассы первичных организмов стало возможным освоение географического пространства. И уже в зависимости от разных условий местообитания, у протобионтов могли возникать зачатки внутривидовой изменчивости по морфофизиологическим показателям.

Что интересно, этот эволюционный период оказался наиболее продолжительным, занимая едва ли не 85% времени всей биологической эволюции. Так, если самые древние одноклеточные организмы появились приблизительно 3,5 млрд лет назад, а Земля образовалась за 1-1,5 млрд лет до возникновения первых устойчивых форм жизни, то все многообразие живой природы сформировалось в кембрийском периоде палеозойской эры, то есть 530-540 млн лет назад и за исторически короткий, по сравнению с предыдущими архейской и протерозойской эрами, срок в 5-10 млн лет.

Понятно, что кембрийский "скачок" был обусловлен комплексом значимых для эволюционного развития изменений биосферы. Протобионты оказались в непривычных для них условиях внешней среды - как географических и климатических, так и физико-химических. Прежде всего это было обусловлено тектоническими сдвигами и перемещениями материков, изменивших ось вращения нашей планеты на 90 ^О, а также в связи с накоплением в земной атмосфере кислорода, что благоприятствовало переходу к более эффективному для жизнедеятельности аэробному метаболизму. Кроме того, увеличение концентрации кислорода способствовало снижению интенсивности ультрафиолетового излучения, что позволяло протобионтам заселять не только глубоководные территории, но и осваивать иные ареалы местообитания. Подобные стрессорные воздействия, произошедшие незадолго до начала кембрийской эпохи, явились для древних форм жизни мощным стимулом в плане биологического разнообразия и дали толчок появлению новых форм.