Эволюция на пальцах [Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям]

Это так называемые высшие приматы.

Кроме высших приматов, типа наших ближайших родственников — шимпанзе, орангутанов и горилл, — бывают обезьяны попроще — мартышки всякие и макаки.

Строго говоря, биологическая классификация чуть сложнее: кроме семейств, отрядов и видов, в ней существуют надсемейства, подвиды, подотряды и прочее. Просто добрый автор решил не засорять ваши мозги мелочовкой и потому не углубляется в эти тонкости. Скажу лишь для смеха, что люди относятся к надсемейству узконосых обезьян.

А можно ли объединить в какую-то общую группу людей, кошек и собак? Ведь должно же быть между ними что-то общее? Конечно, можно! Все мы относимся к одному классу — млекопитающих. Это значит, что и у собак, и у кошачьих, и у обезьян (а также и у тюленей, и китов, и у мышей) есть общий признак — своих новорожденных детёнышей они выкармливают белково-жиро-водными выделениями из специальных желез. У нашего вида железы называются женской грудью, а белково-жиро-водные выделения — молоком. Отсюда и название биологического класса существ — млекопитающие.

Однако не все милые моему сердцу зверюшки питают своих чад молоком. Вот, скажем, птицы не питают. Змеи не питают. Да вы и сами вместе с родителями можете перечислить, наверное, уйму существ, которые живут на суше и в море, а детенышей своих молоком не вскармливают. Кстати, чтобы вогнать родителей в легкий ступор, спросите их, относятся ли к млекопитающим кенгуру и другие сумчатые звери, которые рождают детенышей недоношенными, а потом донашивают в сумке — специальной складке на коже. Спросите их также, каких ещё сумчатых зверей, кроме кенгуру, они знают.

Сколь непохожих существ я перечислил выше — люди, змеи, птицы, мыши, кенгуру. А мог бы ещё рыб упомянуть. Есть ли между ними, такими разными, что-то общее?

Есть! Если говорить по-простому, не углубляясь в ненужные детали, у них всех есть скелет с позвоночником, или, по-научному, хордой. Поэтому их называют хордовыми. Хордовые — это не класс, не отряд, не семейство. Хордовые — это разряд покрупнее. Хордовые — это тип.

А разве существуют животные, которые позвоночника не имеют? Ну, конечно! Осьминог, например. Каракатицы. Моллюски, сидящие в раковинах. Та же актиния. Морской огурец. Медузы. Черви.

О’кей, это уже становится интересным! А можем ли мы объединить всех хордовых и нехордовых — людей и медуз — в одну группу, ещё большую, чем тип? Для этого нужно найти что-то общее между человеком и медузой. Общее есть: и простенькие медузы, и высшие звери — это животные. Эта группа называется царством. Всё, что ползает, летает, бегает, прыгает, плавает, — относится к царству животных. Они буквально царят на планете.

Но кое-кто или кое-что не относится к царству животных! Оно так непохоже на животных, что к нему даже не относится слово «кто», это обычно называют «что». Хотя это тоже живое! Догадались? Конечно, растения!

Никуда они не бегают, ниоткуда не прыгают, растут себе на месте, вросли в землю корнями и шевелятся от ветра. Хотя тоже жизнь. Растения относятся к царству растений.

Они тоже царят на нашей планете рядом с животными — и на суше, и в воде, в виде водорослей.

Существуют и другие названия для этих царств, вы эти слова наверняка слышали — флора и фауна.

Флора — это растения. Фауна — животные. Животных изучает зоология, а растения изучает ботаника. Это два главных раздела биологии — науки о жизни.

Теперь продолжим эту игру. Можно ли, набравшись наглости, объединить в общую группу растения и животных? Представьте себе, можно! Есть в биологии большая группа, которая называется доменом. В один домен объединяют и растения, и животных, а называется этот домен «эукариоты». Что это такое?

Эукариоты — это существа, состоящие из одной или множества клеток, содержащих ядро. Все растения и животные сделаны из клеток. Внутри клеток находится особое ядро, содержащее ДНК, а вокруг ядра плавают разные жизнеобеспечивающие механизмы, которые называют органеллами клетки. Если хотите, посмотрите рисунок живой клетки несколькими страницами выше.

Но существуют ли какие-то другие живые существа, не эукариоты? Да, существуют. Кроме домена эукариот есть еще домен прокариот. Прокариоты — это совсем примитивные одноклеточные, у которых даже нет внутреннего ядра. Поэтому иногда их ещё называют доядерными организмами. Частичка «до» говорит о том, что это более ранние и потому более простые конструкции, нежели ядерные клетки, которые появились позднее, на основе прокариот и потому устроены более сложно. Один из представителей прокариот — например, так называемые сине-зеленые водоросли, одноклеточные бактерии. А вот многоклеточных прокариотических существ, то есть существ, состоящих из кучи клеток-прокариотов, не бывает.

Все многоклеточные созданы только из ядерных клеток.

Ну а теперь самое время полностью классифицировать животное, которое нам более всего интересно — человека. Распишем наш вид по всем биологическим канонам, в том числе по некоторым из тех классификационных групп, которые мы выше не рассматривали в целях упрощения.

Вид — homo sapiens.

Род — человек.

Семейство — гоминиды, то есть люди (на Земле были и другие виды людей, но сейчас в этом семействе остался только наш вид, потому что всех остальных мы перебили. Но об эволюции социальных систем поговорим в другой части книги).

Секция — узконосые обезьяны.

Отряд — приматы (обезьяны).

Подкласс — плацентарные (то есть живородящие, а не откладывающие яйца).

Класс — млекопитающие (то есть вскармливающие детенышей молоком — жиро-водными выделениями из особых желез).

Группа — челюстноротые (то есть имеющие две челюсти, в отличие от бесчелюстных созданий, вроде рыбы миноги, у которой рот напоминает круглую присоску с мелкими зубами).

Тип — хордовые.

Подцарство — многоклеточные.

Царство — животные.

Домен — эукариоты.

Видите, сколько разных признаков и конструктивных параметров выделили биологи, классифицируя жизнь и раскладывая её по каталожным ящикам. Зато классификация, то есть соотнесение одного с другим, позволила нарисовать эволюционное древо, то есть общую картину развития жизни на нашей планете.

Земле четыре с половиной миллиарда лет. И дерево эволюции позволяет бросить взгляд сразу на всю ее историю, увидеть, какие роды, виды, классы, типы, царства от каких

произошли и как давно. Понятно, что на книжной странице всю эту схему не нарисуешь, тут потребуется целая стена. Поэтому ниже приведено самое простое, очень схематичное древо. А я поделюсь тут следующими общевоспитательными соображениями. Лично я полагаю, что в комнате каждого хорошо воспитываемого ребенка на стенах должны быть три больших изображения — географическая карта мира, таблица Менделеева и огромный красочный плакат с подробным эволюционным древом. Я не знаю, продаются ли сейчас такие, но поискать рекомендую. Не найдёте — нарисуйте цветными фломастерами на больших ватманских листах, образец скачаете в интернете. Пусть и родители займутся вашим наилучшим воспитанием. И учтите, за то, что вы их заняли полезным делом, они будут должны вам от двух до четырех порций мороженого!

Если лень рисовать эволюционное древо самому, а купить не удалось, скачайте высококачественное изображение в интернете и закажите постер или распечатайте в максимальном размере в ближайшей фотобагетной мастерской. Не пожалеете.

Рис. 13. Вот генеалогическое древо жизни на нашей планете. Так она развивалась, ветвилась. Чем дальше в прошлом находится точка расхождения, тем более непохожи друг на друга виды, тем дальше они разошлись конструктивно

Я бы ещё, честно говоря, протянул под потолком длинную узкую ленту электромагнитных колебаний со всеми диапазонами и поясняющими рисунками, но это уже для самых продвинутых родителей…

Все эти плакаты, схемы и карты должны постоянно присутствовать в детской комнате и постепенно впечатываться в ум. А сейчас посмотрите хотя бы то, что удалось втиснуть в маленький книжный формат нашему художнику.

Часть 2. Эволюция в мертвом мире

С тех пор, как ботинок великого английского биолога с хрустом наступил на вулканический берег Галапагосских островов, прошло уже почти две сотни лет. С тех пор биология сильно продвинулась вперёд, овладела новыми методами, открыла вещество наследственности — ДНК и с помощью генетического анализа смогла уточнить расположение разных видов на ветвях эволюционного древа. Но основные понятия о механизмах эволюции, гениально угаданные Дарвином, остались неизменными. Они только подтверждаются раз за разом. Возникает, скажем, новый раздел в биологии — и со своей стороны снова подтверждает дарвиновские принципы.

«Звери могут изменяться — живой пластилин вида под давлением среды принимает другую форму, отражая среду!» — со всей ясностью понял Дарвин, увидев галапагосских животных, проанализировав разницу между ними и их южноамериканскими предками. Таким образом он опроверг представления о неизменности видов, открыв феномен эволюции, то есть изменения и усложнения живого вещества.

А как быть с неживым веществом? И откуда взялось на Земле вещество живое?

Ещё не так давно люди думали, что между мёртвым и живым мирами лежит непреодолимая пропасть. Что есть некая мировая душа (этакий чудесный божественный флюид), которая оживляет мёртвую материю. Химики даже поделили вещества на неорганические и органические. Неорганические вещества считались принадлежащими неживому миру и более простыми по устройству — как, например, вода, песок, металл или соли. А из сложных органических веществ созданы живые существа и их выделения, например, мочевина, которую химики впервые выделили из мочи. И полагали, что сделать органику из неорганики никак нельзя, поскольку между веществами неорганическими и веществами органическими — пропасть непреодолимая. Это только Богу под силу.

Аргументом для таких мыслей было то, что нигде и никогда наука не наблюдала самозарождение жизни. Раньше, лет триста назад, на самой заре научного знания люди полагали, что мыши или микробы могут самозарождаться от грязи и сырости. Но потом точные научные исследования показали: жизнь рождается только от жизни. Если бульон простерилизовать, убив все одноклеточные создания в нём, а потом герметично запечатать, то бульон не испортится, поскольку процесс протухания как раз и вызывают микроорганизмы, пожирающие бульон. Нет микробов — бульон не портится. Так были изобретены консервы и сделан вывод: живая материя и мёртвая принципиально отличаются, и из мёртвой жизнь сама по себе не зарождается.

Точные опыты положили конец наивным гипотезам о самозарождении жизни. Именно тогда и возникло в науке мнение о принципиальной разнице между живой (органической) и неживой (неорганической) материей.

Однако потом химики синтезировали из неорганики первое органическое вещество — мочевину. Затем настал черёд и более сложных веществ, которые встречались только в живой материи, — жиры, сахара.

Люди задумались: если можно из мёртвой материи делать органические вещества, относящиеся к живой материи, то может, и саму жизнь реально получить?

В то время ситуация с научными мнениями о неизменности жизни напоминала чуть более раннюю ситуацию со взглядами на неизменность видов.

До Дарвина виды казались неизменными в силу длительности процессов. Ненаблюдаемое зарождение жизни имело ту же причину — для зарождения жизни «из грязи» нужны были не десятки тысяч лет, как для трансформации видов, а миллионы или сотни миллионов. Но получение химиками органики из неорганики свидетельствовало: ребята, усложнение химических веществ возможно — между живой и мертвой материей нет непреодолимой грани! Скорее всего, и сама жизнь явилась результатом эволюции, так же как и её дарвиновское пластичное изменение.

Поэтому сейчас никто из ученых не думает, будто жизнь существовала всегда, хотя относительно недавно — всего сотню лет назад — были и такие взгляды в науке. Теперь физики знают о зарождении мира так много, что с высоты этих знаний совершенно ясно — никакие формы жизни, то есть сложные структуры, в ранней вселенной существовать не могли. Но эволюция уже шла!

Глава 1. Эволюция неживой материи

Эволюция началась сразу, как только появился мир. Эволюция присуща не только живой материи, это свойство материи вообще. Она шла до возникновения жизни — и породила жизнь, она продолжает идти и сейчас — «над» жизнью, о чём мы ещё поговорим.

Сейчас мы на примере эволюции элементарных частиц посмотрим, как развивалась вселенная, и поймём общие законы развития — а это и есть цель нашей книги. Вот как всё у нас с вами здорово получается, просто везунчики какие-то!

Вы, мои читатели, — люди современные и продвинутые и наверняка знаете, что всё в мире состоит из атомов — мама, папа, селёдка, конфетка, стол, ветер, вода и прочие объекты. Ещё наверняка вы краем уха слышали слово «молекула» — это тоже, вроде бы, мельчайшие частицы, не видимые глазом, из которых состоит всё вещество. В чём же разница между молекулами и атомами?

В том, что молекулы собираются из атомов. Атомы — простейшие вещества, элементарные.

А молекулы, составленные из атомов, как поделки из деталей конструктора, — это сборные конструкции. Они могут быть весьма сложными. Молекулы живого вещества — самые сложные из известных. Они, как, например, молекула ДНК, могут состоять из миллиардов атомов.

Сколько же вообще видов атомов бывает в природе, то есть сколько существует элементарных веществ, из которых строится мир? Ответ на этот вопрос давно известен науке — элементарных химических веществ несколько десятков. И все они собраны в таблице Менделеева. В ней — только простейшие вещества: металлы, углерод, сера, газы. Например, кислород и азот — два газа, из смеси которых по большей части состоит воздух. Азот и кислород — простые вещества. Кроме них, в воздухе содержится углекислый газ, который выдыхают из лёгких живые существа. Это сложное вещество: его молекула сложена из трех атомов — двух атомов кислорода и одного атома углерода. Что такое углерод, вы знаете — это уголь. От слова «уголь», собственно, и произошло название этого химического элемента.

Поваренная соль — это сложное вещество, её молекулы собраны из атомов металла натрия и газа хлора, поэтому научное название поваренной соли — хлорид натрия.

Вода — тоже сложное вещество: каждая её молекула состоит их двух атомов водорода и одного атома кислорода.

В основном нас окружают сложные вещества, простые в бытовой обстановке ещё поискать надо. Кстати, поищите! Весьма советую заняться этим увлекательным делом вместе с родителями. Получится смешно: если родитель, конечно, не химик, не физик, не астроном, не биолог, а простой нормальный человек и маленько забыл, чему его в школе учили и что такое таблица Менделеева, он будет всё время ошибаться и задумываться. При этом у тебя, дорогой читатель, перед папой и мамой будет преимущество — подсказка в виде той самой таблицы Менделеева, нарисованная чуть ниже. Всё, что в ней указано, — это простые, то есть элементарные вещества природы. Собственно, таблица так и называется — Таблица химических элементов. Из этих элементов складывается мир и все его сложные вещества.

Рис. 14. Так выглядит таблица Менделеева. В ней даны латинские обозначения элементов, их название и порядковый номер

Тут я просто вынужден немножко рассказать об устройстве материи. Если вы читали мою книгу «Физика на пальцах» или «Астрономия на пальцах», вы про это уже знаете. Но я все равно советую прочесть то, что написано ниже, ибо, во-первых, повторение — мать учения, а во-вторых, читать меня — одно удовольствие! Даже два удовольствия, если к удовольствию ещё и пользу прибавить, поскольку польза всегда в радость…

Вы уже знаете, что абсолютное большинство веществ и предметов вокруг нас — сложные. Их мельчайшие неделимые частицы называются молекулами. Почему «неделимые»?

Потому что молекула — самая маленькая частичка вещества, которая ещё обладает свойствами этого вещества. Если разделить эту мельчайшую частицу составного вещества, то она развалится на атомы других веществ с другими свойствами.

Например, вода. В обычных условиях она жидкая, прозрачная, неэлектропроводная (в чистом виде). У неё ещё много других свойств — плотность, теплоёмкость, теплопроводность и так далее. Но если самую маленькую частичку воды — её молекулу — разложить на составные части, то получится два атома водорода и один атом кислорода. Водород — это газ. Кислород — это газ. И свойства этих составных частей воды далеки от свойств самой воды. Это вообще не вода!

То же самое с солью. Разделите на части молекулу поваренной соли, то есть самую маленькую частичку, которая ещё обладает свойствами соли, и вы получите то, что солью не является, — атом металла натрия и атом ядовитого газа хлора.

Если все молекулы всех веществ в мире разделить на атомы (а разных веществ в мире — миллионы!), останется только набор всего из несколько десятков химических элементов таблицы Менделеева.

Теперь вопрос: а мельчайшие частицы химических элементов — атомы — можно разделить на части? Известно, из чего они сделаны?

Известно! Все химические элементы, среди которых такие непохожие, как золото, ртуть, серебро, сера, железо, йод, углерод, кислород, водород, уран и десятки других, состоят всего из трех частиц в разных пропорциях.

Весь вещественный мир, все предметы вблизи нас и в далеком космосе сделаны всего из трех частичек, имя которым — протон, нейтрон и электрон. Принципы их взаимодействия я в подробностях сейчас описывать не буду, вы прочтёте это в книге «Физика на пальцах». Здесь — лишь в самых общих чертах.

Протон — элементарная частица, имеющая положительный электрический заряд. Электрон — очень маленькая элементарная частица (почти в две тысячи раз легче протона), имеющая отрицательный электрический заряд. Нейтрон — частица размером с протон, но электрического заряда не имеющая, нейтральная, отсюда и название.

Электрон кружится вокруг протона, как планетка вокруг звезды. Если вы представили себе крохотулю электрон, кружащийся вокруг пузатенького протона, значит, вы представили себе не что иное, как самый простой химический элемент, обозначенный в таблице Менделеева под номером один, — водород.

Да, наборчик из одного протона и одного электрона, крутящегося вокруг протона, — это и есть атом водорода. Так просто он устроен.

Теперь давайте посмотрим на химический элемент номер два в таблице Менделеева. Газ гелий. Он как устроен?

У него в центре два протона, два нейтрона, а вокруг них вращаются на своих орбитах два электрона.

Рис. 15. Вот так устроен гелий

Теперь берем следующее по номеру элементарное вещество из таблицы — номер три. Литий, легкий металл. В ядре его атома три протона и три нейтрона, а вокруг ядра крутятся, как планетки, три электрона.

Уловили? Конечно! Всё просто! Теперь вы и сами можете.

Какое теперь вещество возьмём из таблицы деда Менделеева? Ну, давайте фосфор. Наверняка вы слышали от родителей, что рыбу есть полезно, потому что в ней много фосфора. Давайте-ка разберёмся в его устройстве!

Фосфор — номер пятнадцать. И это значит, что ядро состоит из пятнадцати протонов, пятнадцати нейтронов, а вокруг них болтаются пятнадцать электронов. Это ли не прекрасно?

Примерно так строятся все химические элементы (элементарные химические вещества) в таблице Менделеева. Правда, есть некоторые нюансы — при увеличении номера в ядре атома увеличивается число нейтронов. Скажем, у золота с номером 79 вокруг ядра кружатся 79 электронов, в ядре атома, как и положено, содержатся 79 протонов, а вот нейтронов 117. Но для нас это сейчас непринципиально.

Важно, что всего из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона — мы теоретически в состоянии собрать любые атомы, а уж из атомов потом — любые, какие только возможно, молекулы. Весь многообразный мир — всего из трех штучек!

А ведь когда мир только зародился, он не был столь многообразен. В нём не было веществ, он представлял собой сущий хаос из элементарных частиц и излучений. Как же из хаоса собралось такое структурное чудо?

Мы уже знаем как — с помощью закачанной в систему энергии. Сейчас расскажу.

Эта глава началась со слов о зарождении мира, которые наверняка вас зацепили. Ведь всегда же интересно, откуда всё взялось! А мы вместо ответа взяли и уехали куда-то к деду Менделееву. Ну что ж, теперь пришла пора вернуться.

Мир наш возник примерно четырнадцать миллиардов лет тому назад в результате Большого взрыва. Не спрашивайте меня, что было до того, как возникла наша вселенная — я отправлю вас к своей книге «Астрономия на пальцах», где про это подробно рассказывается со всеми возможными ужасами. Здесь же мы изучаем, что происходило внутри нашего мира.

Итак, мир возник из сингулярности — микроскопической точки с бесконечной плотностью и бесконечной температурой. Эта точка тут же начала расширяться, разменивая свою чудовищную энергию на пространство, в котором «конденсировались» частицы.

Расчёты показывают, что, когда с момента взрыва сингулярности прошла ничтожная, непредставимо малая доля секунды, температура упала до 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (одного октиллиона) градусов, а сама вселенная успела раздуться от точки до шарика диаметром в десять сантиметров. Вся наша вселенная с её невообразимыми расстояниями в миллиарды триллионов километров когда-то представляла собой шарик размером с детский мяч. И не спрашивайте меня, где взорвалась эта самая сингулярность и что было вокруг «мячика» — я снова отошлю вас к уже упомянутой книге за подробностями. А пока сообщу, что вокруг «мячика» совсем ничего не было, потому что слова «где» и «вокруг» отсылают нас к понятию пространства — так же, как слово «до» в вопросе «а что было до Большого взрыва?» относится к понятию времени.

А время и пространство — неотъемлемые свойства нашего мира. Не было вселенной — не было ни времени, ни пространства.

Поэтому все эти вопросы просто бессмысленны. Время и пространство возникли вместе с материей в момент Большого взрыва. Если я говорю, что размер вселенной через 10- секунды составлял десять сантиметров, значит, так оно и есть. Никакого «вокруг» не было, иначе это «вокруг» можно было бы включить в наш мир, и тогда он был бы на целую бесконечность больше десяти сантиметров.

Мы не можем ответить, что было вне нашего мира, когда он был таким крохотным. Но мы знаем, что происходило в нашем мире. Происходил хаос, в котором нельзя было отличить вещество от излучения, всё было едино в этом бушующем клубке дикой энергии, всё превращалось друг в друга.