Миллиарды лет назад наша Земля была голой, безжизненной планетой. И вот на ее поверхности появилась жизнь - те первые, самые примитивные формы живых существ, развитие которых привело к бесконечному разнообразию окружающей нас природы. Как же происходило это развитие? Как появились на Земле животные, растения, как они видоизменялись? На некоторые из этих вопросов ответит данная книга. Ее автор, выдающийся советский ученый академик В. Л. Комаров, описал в ней историю растительного мира Земли - от простейших одноклеточных бактерий до современных нам высокоразвитых цветковых растений. Этот долгий путь развития автор рисует в тесной связи с общей историей Земли, с изменениями ее природных условий, рельефа, климата. Книга написана популярно, легко читается и принесет большую пользу самому широкому кругу читателей, обладающих элементарными сведениями из области биологии в объеме школьного курса.
Содержание:
ПРЕДИСЛОВИЕ 1
Глава I - МЕСТО ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ В КОСМОСЕ И ЗНАЧЕНИЕ ИХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА 1
Глава II - ЗЕМЛЯ ДО ВОЗНИКНОВЕНИЯ НА НЕЙ РАСТЕНИЙ 3
Глава III - КАК ЗАРОДИЛАСЬ ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ 5
Глава IV - КРУГОВОРОТ ЖИЗНИ И КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДЕ 8
Глава V - ПОНЯТИЕ ОБ ЭВОЛЮЦИИ. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕТОПИСЬ 11
Глава VI - АРХЕЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ 13
Примечания 44
Владимир Леонтьевич Комаров
Происхождение растений
ПРЕДИСЛОВИЕ
Такие вопросы, как: откуда произошел мир, откуда взялась Земля, как появились на ней животные и растения и как произошел человек, мучают любознательные молодые умы и требуют возможно исчерпывающего ответа. Отсюда и потребность в популярной литературе по естествознанию.
На один из таких вопросов и должна ответить наша книжка о происхождении растений.
В ней мало нового. Факты, на которых построено ее изложение, заимствованы из появившихся уже в печати специальных трудов наших и иностранных ученых. Среди них особенно много сделано М. Д. Залесским, посвятившим себя изучению растительных остатков, погребенных в пластах палеозоя, и А. Н. Криштофовичем, отдавшим все свое внимание изучению растений третичного времени. За рубежом те же темы разрабатывали Готан, Потонье, Сапорта, Геер, Скотт, Пиа и другие ученые в Европе; Джеффрей, Берри, Вальтон и другие ученые в Америке. Благодаря их трудам, (в связи с все улучшающейся техникой просветления и микроскопирования растительных остатков в каменных углях и осадочных горных породах, мы иногда знаем об ископаемых растениях такие подробности их строения, которые еще плохо известны для ныне живущих.
Однако для выяснения вопроса о происхождении чего бы то ни было одних фактов недостаточно. Нужна еще теория, объединяющая их в стройное целое. Необходимо философское мышление.
Естественники долгое время были перед дилеммой выбора между двумя основными философскими направлениями - идеалистическим, или спиритуалистическим, и механистическим. Первое признавало основой мира духовное начало и. было в то же время дуалистическим, т. е. признавало противоположение материи и духа. Второе было монистическим, т. е. признавало основой мира только материю, а все психические явления считало лишь одним из свойств последней. Условно можно сказать, что спиритуалистические учения соответствуют мировоззрению феодальных классов, а механистические - мировоззрению буржуазных, по крайней мере, в период борьбы последних с феодализмом. Пролетариат, выходя на арену мировой истории, должен был выявить свое собственное мировоззрение. что и случилось, когда К. Маркс и Ф. Энгельс критически переработали все философское наследство прошлых эпох и ближайшим образом немецкую классическую философию и создали диалектический материализм. Этим они ниспровергли всяческую метафизику. В. И. Ленин добил последнюю своими философскими работами и поставил науку вообще и естествознание в частности на твердое реалистическое основание.
Каким же образом диалектический материализм освещает вопрос о происхождении жизни на Земле?
Прежде всего, следуя ему, мы исключаем все необоснованные гипотезы о происхождении на Земле жизни. Жизнь не извечна, не занесена на Землю с других планет, а тем более из других звездных миров. Жизнь не сотворена, не создана творцом. Жизнь появилась на Земле в результате тех физико-химических превращений вещества, которые имели место в начале протерозойского периода, одновременно с развитием первичной земной коры и первичного океана.
Жизнь в своем начале - результат комплексирования, усложнения химии углерода, в позднейшем результат развития химии протеиновых соединений, бесконечное усложнение тех реакций, в которые вступают так называемые органогены: углерод, кислород, водород и азот как между собой, так и с металло-органическими соединениями.
Далее идет вопрос о том, как усложнялась жизнь раз появившись на Земле. Согласно положениям диалектического материализма, мы не допускаем никакого предвечного закона развития, никакого ортогенеза, никакого автономизма. Развитие жизни совершалось параллельно с усложнением других явлений, происходивших на поверхности Земли. Жизнь не мыслится сама по себе, но только в окружении внешней среды. Изменения в составе и плотности атмосферы, явления выветривания горных пород, изменения в очертании и распределении материков, трансгрессии морей, перемены климата, образование почвенного покрова, наконец, взаимодействие самих живых существ, - таковы причины, влияющие на изменение и осложнение форм и строений, на так называемую эволюцию органических форм.
А над всем этим - периодические и непериодические изменения в состоянии Солнца, в солнечной радиации, главном источнике энергии явлений, происходящих на поверхности земного шара.
Таким образом, в нашем изложении история растительных организмов тесно переплетается с изменениями внешней по отношению к ним среды.
Наконец, творцы исторического материализма указали нам на необходимость держать курс научных исследований возможно ближе к потребностям человечества, к нуждам развивающегося социалистического строительства, к обеспечению благосостояния трудовых масс.
Поэтому и в нашем изложении, посвященном восстановлению далекого прошлого растительного мира, в изложении, по самому существу своему проникнутом тем историзмом, который в свое время так радовал Маркса и Энгельса в сочинениях Лайеля, Ч. Дарвина и других, порой даже мало известных естествоиспытателей, мы посвящаем заключительные страницы культурным растениям, их прошлому и будущему.
Для нас поля золотой пшеницы, белые пятна раскрывающихся коробочек хлопка, гнущиеся под тяжестью плодов фруктовые деревья, синеющие миллионами цветов льняные посевы так же закономерны и так же историчны, как и ископаемые леса Аризоны или картины нетронутой сибирской тайги. На фактах современности учимся мы читать летопись минувшего, а из познания хода исторических процессов, на основании наших знаний о минувшем, пытаемся наметить нормальные пути к построению будущего.
И все время мы остаемся в своей сфере, в сфере основных проявлений растительного организма, его зависимости от окружающей его среды и его воздействия на внешний по отношению к нему мир.
Диалектический материализм дает нам надежную путеводную нить. Под его критическим оном расплываются неосновательные, подчас вредные, гипотезы, внушенные их творцам или пережитками прежних идеологий, или реакционными веяниями окружающей авторов социальной среды.
Никаких фантазий, никакой метафизики; точно установленные наукой факты и обобщения, освещенные теорией диалектического материализма, - таков наш путь. Значение нашего "Происхождения растений" - не изложение новых фактов, а такое их сопоставление, которое дает стройную картину изменений вещества и формы, приведших в конечном итоге к появлению ржи. пшеницы и других культурных растений, обеспечивающих благосостояние человечества.
Глава I
МЕСТО ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ В КОСМОСЕ И ЗНАЧЕНИЕ ИХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА
Ежедневный опыт показывает, что человек в своем обиходе широко использует мир растений. Растения дают нам основную массу пищевых веществ, материал для выработки нашей одежды, строительные материалы и топливо. От растений мы получаем и вкусовые вещества и лекарственные. Растения дают нам дубильные экстракты, служат для окрашивания тканей, являются источником ароматических соединений для нашей парфюмерной и мыловаренной промышленности. Растительные масла, различные спирты, смолы и пр… добываемые из растений, широко используются в химической промышленности. Растения же, тлея в земле, образовали грандиозные запасы горючего: каменный уголь, нефть и торф, необходимые для тяжелой и легкой промышленности.
В пищу идут также вещества животного происхождения, но животные, которыми мы питаемся, вырабатывают эти вещества из растений. Значит, и в этом случае можно сказать, что мы питаемся растениями, переработанными животными. Без растений не было бы ни коров, ни овец, ни лошадей, ни других окружающих нас животных. Даже животные крайнего севера: киты, тюлени, моржи и различные породы рыб - погибли бы, если бы кроме них в море не было миллиардов микроскопических водорослей, образующих так называемый планктон.
В пищу вообще идут только вещества, могущие поддерживать в теле животного и человека свойственную им энергию.
С механистической точки зрения животное, как и человек, является как бы искусно построенной машиной. Желудок измельчает и растворяет попавшую в него пищу, пищевые растворы через стенки тонких кишок поступают в кровь, где или идут на рост и восстановление тканей тела, или же сгорают под действием кислорода, поглощенного легкими при дыхании. Словом, желудок, легкие и кровь заменяют топку и паровой котел, нервная система заменяет собой систему направляющих клапанов, а мышцы соответствуют цилиндрам, поршням, зубчатым колесам и валам. Топливо в этой машине и есть пища. Поэтому в пищу годятся только определенные вещества, именно углеводы, белки и жиры, и лишь немногие другие вещества растительного и животного происхождения. Остальными же находящимися на земле веществами мы питаться не можем.
Известно, что в некоторых странах Южной Америки и Африки в голодные годы люди пытались многократно есть жирную на вид и мягкую на ощупь глину. На берегах Охотского моря находят так называемую горную сметану, которую также иногда едят. Однако глинистые вещества дыхания и жизни не поддерживают, и питание ими приводит только к своеобразным заболеваниям, не предотвращая исхудания и смерти от голода.
Все пищевые вещества могут гореть, это их общее свойство. Мы даже нередко оцениваем сравнительное достоинство различных видов пищи то теплоте, выделяемой ими при сгорании. Так, обыкновенный, или тростниковый сахар дает от 3921 до 4001 единиц тепла, называемых калориями, на 1 г веса. Крахмал, составляющий основу всякой муки, - от 4146 до 4200 калорий. Мясо без жира 5640,9, а с 7 % жира 5874,4, белок яйца 5711, а чистое коровье масло 9220. Средний человек тратит в сутки, по крайней мере, 2500 тысяч таких калорий и возмещает их пищей.
В то время как человек и животные на процессы горения тратят как углеродистые вещества, способные гореть, так и заключенные в них калории тепла, растения отличаются важнейшей особенностью накапливать их в себе. Происходит это оттого, что растения необходимую им пищу поглощают не в виде углеводов, жиров и белков, а в виде газов воздуха и воды. Из углекислоты воздуха они заимствуют углерод, из воды водород и кислород. Азот, необходимый для образования белков, берется из почвенных солей, растворенных в воде, всасываемой корнями растений. Короче, главная масса пищи, годной для поддержания жизни растений, заимствуется ими из воздуха и воды и лишь незначительная часть из почвы. Последняя доставляет не только азот, но и другие элементы. При сжигании растений остается зола, в которой можно обнаружить все те элементы, которые заимствуются растением из почвы.
Однако углекислота воздуха заключает в себе такой углерод, который гореть не может. Углекислота - продукт полного сгорания углерода: ни при каких условиях она далее не соединяется с кислородом и не может выделить ни одной калории. Чтобы заключающийся в углекислоте углерод получил способность гореть, надо разложить углекислоту, диссоциировать ее, отделить углерод от кислорода, на что требуется огромная затрата тепла. Иначе можно сказать, что углерод углекислоты инертен, лишен энергии, гореть же и поддерживать явления жизни может только такой углерод, который заряжен известным запасом энергии. Потенциальная энергия, скрытая в углероде органических соединений в форме химической энергии, при горении и других окислительных процессах освобождается и переходит или в тепло, или в различные другие формы энергии, соответствующие явлениям жизни.
Зеленое растение устроено так, что может выполнять работу разложения углекислоты, если оно освещено. Источником производимой растением работы являются обычно солнечные лучи. Им могут быть и всякие другие световые лучи, независимо от их источника. Так, растения прекрасно разлагают углекислоту при освещении электрическим светом и даже обыкновенной керосиновой лампой. Иначе говоря, растение является машиной, в которой лучистая энергия света расщепляет угольную кислоту и заряжает частицы углерода энергией, той самой энергией, которая при последующем окислении этого углерода освобождается и вызывает в процессе горения явления света и тепла. Из свободного, заряженного энергией углерода растение и строит необходимые составные части нашей пищи: углеводы, жиры и белки.
Кроме того, мы все время вдыхаем из воздуха кислород, и на каждый кубический сантиметр, поглощенный нашими легкими, выдыхаем равное количество углекислоты. То же происходит при всех процессах горения; наконец, масса углекислоты выделяется вулканами. Казалось бы, что состав воздуха все время должен непрестанно меняться в сторону обогащения его углекислотой и обеднения кислородом. Такая порча воздуха уже давно поставила бы нас в трудное положение. К счастью, состав воздуха за исторические времена не изменился, ибо наряду с процессами образования углекислоты существует процесс восстановления углерода и освобождения кислорода. Процесс этот тесно связан с питанием зеленых растений.
Впервые этот факт обратил на себя внимание английского химика Пристли еще в 1772 г. Открыв кислород, Пристли заинтересовался, естественно, и вопросом, откуда он берется, и нашел, что зеленые растения исправляют воздух, испорченный дыханием животных или горением. В 1779 г. Ингентуз выяснил, что в темноте опыт Пристли не удается и что для выделения растением свободного кислорода необходим свет достаточной напряженности. В 1782 г. Сенебье открыл, что при этом затрачивается углекислота и что выделяемый растением кислород - это тот самый кислород, который был предварительно поглощен растением в виде связанного кислорода углекислоты.
Таким образом, наличие на Земле мира зеленых растений обеспечивает питание и дыхание животных и человека, а также накопление горючих материалов, представляющих собою частью также углеводы, частью углеводороды и даже почти чистый углерод.
Без зеленых растений жизнь на Земле была бы ограничена ничтожным кругом некоторых своеобразных по своему питанию бактерий. Все остальные живые существа поддерживают свое существование только благодаря способности растений накоплять углеводы, жиры и белки, а также вырабатывать свободный кислород в количествах во много раз больших, чем это необходимо для их собственных питания, дыхания и роста.
Таким образом, космическое значение растения состоит прежде всего в том, что оно поглощает солнечные лучи, заставляет их заряжать частицы диссоциируемого одновременно из углекислоты углерода потенциальной химической энергией. Оно создает на Земле мощные запасы солнечной энергии, обогащает атмосферу кислородом и образует запасы пищи, обеспечивающие питание животных и человека. Далее мы увидим, что своим химизмом растение воздействует и на неорганическую природу. Для человека растения - неисчерпаемый источник питания и всякого рода индустриального сырья.
Отсюда понятен наш интерес к тому, как это случилось, что на Земле появились зеленые растения, откуда явились первые их зачатки, как они заселили Землю, как преобразовались в современные нам растительные формы и как образовались те леса, которыми мы окружены в настоящее время.
"Формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза. Наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний Способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опирающегося сперва только на ограниченное количество фактов и наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, наконец, не будет установлен в чистом виде закон".
Ф. Энгельс