История Земли

Предположительно мы уже знаем, что атмосфера образовалась в результате выделения некоторых первичных элементов из глубин Земли, где они первоначально входили в состав ее твердого тела, и что гидросфера образовалась в результате конденсации атмосферной влаги.

Атмосфера представляет собой простую смесь азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и некоторых других газов. Состав гидросферы еще более прост - главным образом Н₂О. По сравнению с ними биосфера гораздо сложнее. Несмотря на то что она состоит из тех же самых основных веществ, что атмосфера и гидросфера, биосфера сложна благодаря многочисленным химическим и структурным изменениям. Раньше, когда знания об органическом веществе были еще очень ограниченными, основное органическое вещество называли протоплазмой. Химическими элементами, которые образуют это вещество (а в действительности большую группу веществ), являются главным образом водород, кислород, азот и углерод. В самом деле, около 99% всего органического вещества состоит из указанных четырех элементов. Вместе с ними в состав протоплазмы входят сера, фосфор и в небольших количествах еще свыше двух десятков элементов. Эти составные элементы образуют огромное количество соединений. В количественном отношении суммарный состав биосферы близок к составу морской воды. В нем не содержится ни одного элемента, который был бы свойствен исключительно живому веществу, ни одного, который не встречался бы в неорганической материи. Поэтому в основе химическое строение вещества биосферы не отличается от строения двух других подвижных оболочек [гидросферы и атмосферы. - Ред]. Оно отличается только по способу отбора и организации основных компонентов. Это различие хорошо согласуется с идеей, которую поддерживает большинство ученых и согласно которой живое вещество было построено из неорганической материи.

Клетки

Живое вещество состоит из структурных и функциональных единиц, называемых клетками; они могут быть уподоблены кирпичам или блокам, из которых строится здание, и, различаясь по форме и размерам, могут образовывать множество разнообразных функциональных систем. Каждая клетка окружена клеточной мембраной, полупроницаемой молекулярной "стенкой", через которую могут проходить вода и питательные вещества. Некоторые простые организмы состоят из одной клетки; другие представляют собой чрезвычайно сложные системы клеток, выполняющих множество разнообразных функций. Вне зависимости от степени сложности каждый организм сохраняет свою структуру и форму, в то время как через него проходит поток вещества, имеющего своим источником Землю, и энергии, происходящей от Солнца. Поток этот принимает форму химических реакций, осуществляющих разнообразные функции: питание, построение материала новых клеток, удаление отходов и воспроизводство особей. Другими словами, организм, созданный из клеток, живет. Период жизни отдельной клетки колеблется от нескольких минут до нескольких десятилетий. В конце концов она разрушается. Но тип клеток продолжает существовать, обладая способностью к воспроизводству.

Три главные группы живых организмов

Все живые организмы объединяются в три большие группы, две из которых - растения и животные - хорошо всем известны. В общих чертах мы можем определить различия между ними, сказав, что животные обладают способностью к произвольному перемещению, а растения не обладают. Однако более существенно биохимическое различие этих групп. Растения создают свою пищу путем химической реакции восстановления в процессе, называемом фотосинтезом. Процесс этот заключается в том, что он воздействует на углекислый газ (СО₂), отделяя кислород от углерода и используя воду и солнечную энергию. Растения образуют органические соединения, в которых солнечная энергия накапливается как потенциальная энергия, а остаточный кислород выделяется в свободном виде (О₂). Животные отличаются от растений. Они питаются веществами, которые уже созданы другими организмами, и поедают растения или других животных, которые в свою очередь питались растениями. При дыхании они поглощают свободный кислород из атмосферы или гидросферы и с его помощью окисляют органические соединения пищи. Растения тоже дышат, но менее активно.

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.