Пятница, 13.12.2019, 19:44
Приветствую Вас, Гость

Эволюция Вселенной [11]
Научные представления о возникновении Вселенной, формировании космических тел, эволюции звезд, галактиках и солнечной системе
Биологическая эволюция [7]
Идеи эволюции живой природы, концепции происхождения жизни, развитие жизни на земле, происхождение человека
Свидетельства эволюции [5]
Палеонтологические, биогеографические, сравнительно-анатомические, эмбриологические, молекулярные свидетельства эволюции
Геология и палеонтология [7]
Происхождение земли, формирование континентов, эволюция жизни
История развития жизни по эпохам [17]
Развитие жизни в разные периоды геологической истории земли
Пути антропологии [6]
Изучение происхождения и эволюции человека
Антропогенез [14]
Человекообразные обезьяны и происхождение человеческого рода
Первобытные люди [18]
История, жизнь и быт первобытных людей
Опровергнута ли теория эволюции? [5]
Ответ Д.А.Шабанова на заявления креационистов
Эволюция и сотворение [5]
Возможное сочетание эволюционизма и религиозной веры, возможные альтернативы дарвинизма и ложная альтератива эволюционизма
Эволюционные альтернативы дарвинизма [21]
Девятнадцать научных концепций направленной эволюции в изложении И.Ю.Попова
Происхождение морали [4]
Различные подходы к происхождению морали в изложении Р.Г.Апресяна
Эволюция жизни (5-серийный фильм BBC) [5]
Научно-популярный видеофильм об эволюции жизни в пяти сериях
200-летие Чарльза Дарвина [4]
Несколько публикаций прессы к 200-летию со дня рожденья Чарльза Дарвина (отношение современных верующих к Дарвину и эволюции)
. [3]

Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого - космология.  

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре, кроме эмпирического и теоретического уровней, имеет также уровень философских предпосылок. Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов на планете Земля, могут быть экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете - на всю Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы в пространстве и времени относится к уровню философских оснований современной космологии.

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения - общей теории относительности Альбертом Эйнштейном (на фото справа) (1916). Из уравнений Эйнштейна общей теории относительности следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Применив общую теорию относительности ко Вселенной в целом, Эйншейн обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала не меняющаяся со временем Вселенная, не существует. Однако Эйнштейн представлял себе Вселенную как стационарную. Поэтому он ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной. 

В начале 20-х годов советский математик А. А. Фридман (на фото слева) впервые решил уравнения общей теории относительности применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности. Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, должна расширяться или сжиматься. Полученные Фридманом уравнения лежат в основе современной космологии. 

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл опубликовал статью "Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей", в которой пришел к выводу: "Далекие галактики уходят от нас со скоростью, пропорциональной удаленности от нас. Чем дальше галактика, тем больше ее скорость" (коэффициент пропорциональности получил название постоянной Хаббла).  

Этот вывод Хаббл (на фото справа) получил на основе эмпирического установления определенного физического эффекта - красного смещения, т.е. увеличения длин волн линий в спектре источника (смещения линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров, обусловленного эффектом Допплера, в спектрах галактик. Открытие Хабблом эффекта красного смещения, разбегания галактик лежит в основе концепции расширяющейся Вселенной. 

В соответствии с современными космологическими концепциями, Вселенная расширяется, но центр расширения отсутствует: из любой точки Вселенной картина расширения будет представляться той же самой, а именно, все галактики будут иметь красное смещение, пропорциональные расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается. Если на воздушном шарике нарисовать галактики и начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причем тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что нарисованные на шарике галактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звездные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем из-за сил гравитации.


Американский физик Г. А. Гамов (на фото слева) в 1946 году заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной". В этой модели основное внимание переносится на состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было необычным. С построением моделей "горячей Вселенной" в космологии наряду с законами тяготения активно применяются законы термодинамики, данные ядерной физики и физики элементарных частиц. Возникает релятивистская астрофизика. 

Модель горячей Вселенной получила эмпирическое подтверждение в 1965 году в открытии реликтового излучения американскими учеными Пензиасом и Уилсоном (на фото в следующем абзаце справа). Реликтовое излучение - одна из составляющих общего фона космического электромагнитного излучения. Реликтовое излучение равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответсвует тепловому излучению абсолютно черного тела при температкур около 3К. 

Согласно модели горячей Вселенной, плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали высокой плотностью и температурой. В ходе космологического расширения Вселенной эта температура падала. При достижении температуры около 4000 К произошла рекомбинация протонов и электронов, после чего равновесие образовавшегося вещества (водорода и гелия) с излучением нарушилось - кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации вещества энергией и проходили через него как через прозрачную среду. Температура обособившегося излучения продолжала снижаться и к нашей эпохе составила около 3К. Таким образом, это излучение сохранилось до наших дней как реликт от эпохи рекомбинации и образования нейтральных атомов водорода и гелия. Оно осталось как эхо бурного рождения Вселенной, которое часто называют Большим взрывом.  

В основе современной космологии лежат представления об однородности и изотропности Вселенной: во Вселенной нет каких-либо выделенных точек и направлений, т.е. все точки и направления равноправны. Это утверждение об однородности и изотропности Вселенной часто называют космологическим постулатом. В теории однородной изотропной Вселенной оказываются возможными две модели Вселенной: открытая и замкнутая.  

В открытой модели кривизна трехмерного пространства отрицательна или (в пределе) равна нулю, Вселенная бесконечна; в такой модели рассотяния между скоплениями галактик со временем неограниченно возрастают. В замкнутой модели кривизна пространства положительна, Вселенная конечна (но так же безгранична, как и в открытой модели); в такой модели расширение со временем сменяется сжатием. На основании имеющихся наблюдательных данных нельзя сделать никакого выбора между открытой и замкнутой моделями. Эта неопределенность никак не сказывается на общем характере прошлого и современного расширения, но влияет на возраст Вселенной (длительность расширения) - величину не достаточно определенную по данным наблюдений. 

В моделях однородной изотропной Вселенной выделяется ее особое начальное состояние - сингулярность. Это состояние характеризуется огромной плотностью массы и кривизной пространства. С сингулярности начинается взрывное, замедляющееся со временем расширение.  Значение постоянной Хаббла (вернее, параметра Хаббла) определяет время, истекшее с начала расширения Вселенной, которое сейчас оценивается в 10-20 млрд. лет. 

Современная космология рисует картину Вселенной вблизи сингулярности. В условиях очень высокой температуры вблизи сингулярности не могли существовать не только молекулы и атомы, но даже и атомные ядра; существовала лишь равновесная смесь разных элементарных частиц. Уравнения современной космологии позволяют найти закон расширения однородной и изотропной Вселенной и описать изменение ее физических параметров в процессе расширения. Из этих уравнений следует, что начальные высокие плотность и температура быстро падали.

Общие законы физики надежно проверены при ядерных плотностях, а такую плотность Вселенная имеет спустя 10-4с от начала расширения. Следовательно, с этого времени от состояния сингулярности физические свойства эволюционирующей Вселенной вполне поддаются изучению (в ряде случаев эту границу отодвигают непосредственно к сингулярности). 

В последние десятилетия развитие космологии и физики элементарных частиц позволило теоретически рассмотреть самую начальную сверхплотную стадию расширения Вселенной, которая завершилась уже к моменту t около 10-36 с. Эту стадию расширения Вселенной назвали инфляционной. На этой стадии, когда температура была невероятно высока (больше 1028 К), Вселенная расширялась с ускорением, а энергия в единице объема оставалась постоянной. До момента рекомбинации, который наступил примерно через миллион лет после начала расширения, Вселенная была непрозрачной для квантов света. Поэтому с помощью электромагнитного излучения нельзя заглянуть в эпоху, предшествующую рекомбинации. На сегодняшний день это можно сделать с помощью теоретических моделей.

Вначале расширения Вселенной ее температура была столь высока, что энергии фотонов хватало для рождения пар всех известных частиц и античастиц. При температуре 1013 К во Вселенной рождались и гибли (аннигилировали) пары различных частиц и их античастиц. При понижении температуры до 5х1012К почти все протоны и нейтроны аннигилировали, превратившись в кванты излучения; остались только те из них, для которых "не хватило" античастиц. Фотоны, энергия которых к этому времени стала меньше, уже не могли порождать частицы и античастицы. Наблюдения реликтового фона показали, что первоначальный избыток частиц по сравнению с античастицами составлял ничтожную долю (одну миллиардную) от их общего числа. Именно из этих "избыточных" протонов и нейтронов в основном состоит вещество современной наблюдаемой Вселенной. При температуре 2х1010 К с веществом перестали взаимодействовать нейтрино - от этого момента должен был остаться "реликтовый фон нейтрино", обнаружить который, возможно, удастся в будущем. 

Спустя несколько секунд после начала расширения Вселенной началась эпоха, когда образовались ядра дейтерия, гелия, лития и бериллия - эпоха первичного нуклеосинтеза. Продолжалась эта эпоха приблизительно 3 минуты. Ее результатом в основном стало образование ядер гелия. Остальные элементы, более тяжелые, чем гелий, составили ничтожно малую часть вещества. Определение химического состава (особенно содержание гелия, дейтерия и лития) самых старых звезд и межзвездной среды молодых галактик является одним из способов проверки выводов теории горячей Вселенной. 

После эпохи нуклеосинтеза (t около 3 мин.) и до эпохи рекомбинации (t около 106 лет) происходило спокойное расширение и остывание Вселенной.


Идея эволюции живой природы возникла в Новое время как противопоставление креационизму (от лат. "созидание") - учению о сотворении мира богом из ничего и неизменности созданного творцом мира. Креацианизм как мировоззрение сложился в эпоху поздней античности и в Средневековье и занял господствующие позиции в культуре. 

Фундаментальную роль в мировоззрении того времени играли также идеи телеологии - учения, по которому все в природе устроено целесообразно и всякое развитие является осуществлением заранее предопределенных целей. Телеология приписывает процессам и явлениям природы цели, которые или устанавливаются богом (Х. Вольф), или являются внутренними причинами природы (Аристотель, Лейбниц). 

В преодолении идей креацианизма и телеологии важную роль сыграла концепция ограниченной изменчивости видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды - трансформизм. Эту концепцию в развернутой форме сформулировал выдающийся естествоиспытатель 18 века Жорж Бюффон (на иллюстрации справа) в своем 36-томном труде "Естественная история". 

​В становлении идеи эволюции органического мира существенную роль сыграла систематика - биологическая наука о разнообразии всех существующих и вымерших организмов, о взаимоотношениях и родственных связях между их различными группами (таксонами). Основными задачами систематики являются определение путем сравнения специфических особенностей каждого вида и каждого таксона более высокого ранга, выяснение общих свойств у тех или иных таксонов. Основы систематики заложены в трудах Дж. Рея (1693) и К. Линнея (1735). 

Шведский естествоиспытатель 18 века Карл Линней впервые последовательно применил бинарную номенклатуру и построил наиболее удачную искусственную классификацию растений и животных.

В 1751 году вышла его книга "Философия ботаники", в которой К.Линней писал: " Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познавать природу самого растения". И далее: "Естественный метод есть последняя цель ботаники".     

То, что Линней называет "естественным методом", есть по сути некоторая фундаментальная теория живого. Заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов.     

Большую роль в становлении и развитии идеи эволюции живой природы сыграла эмбриология, для которой в Новое время было характерно противостояние преформизма и эпигенеза. Преформизм - от лат. "предобразую" - учение о наличии в половых клетках материальных структур, предопределяющих развитие зародыша и признаки развивающегося из него организма.     

Преформизм возник на базе господствовавшего в 17-18 веках представления о преформации, согласно которому сформировавшийся организм якобы предобразован в яйце (овисты) или сперматозоиде (анималькулисты). Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др.) считали, что проблема эмбрионального развития должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов бытия, постигаемых исключительно разумом, без эмпирических исследований.   

Эпигенез - это учение, согласно которому в процессе зародышевого развития происходит постепенное и последовательное новообразование органов и частей зародыша из бесструктурной субстанции оплодотворенного яйца. Эпигенез как учение сложился в 17-18 веках в борьбе с преформизмом. Эпигенетические представления развивали У. Гарвей,  Ж. Бюффон, К. Ф. Вольф. Эпигенетики отказались от идеи божественного творения живого и подошли к научной постановке проблемы происхождения жизни.     

Таким образом, в 17-18 веках возникала идея исторических изменений наследственных признаков организмов, необратимого исторического развития живой природы - идея эволюции органического мира.     

Эволюция - от лат. "развертывание" - историческое развитие природы. В ходе эволюции, во-первых, возникают новые виды, т.е. увеличивается разнообразие форм организмов. Во-вторых, организмы адаптируются, т.е. приспосабливаются к изменениям условий внешней среды. В-третьих, в результате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются.     

Переход от представления о трансформации видов к идее эволюции, исторического развития видов предполагал, во-первых, рассмотрение процесса образования видов в его истории, учет конструктивной роли фактора времени в историческом развитии организмов, а во-вторых, развитие идей о возникновении качественно нового в таком историческом процессе. Переход от трансформизма к эволюционизму в биологии произошел на рубеже 18-19 веков.     

Первые эволюционные теории были созданы двумя великими учеными 19 века - Ж. Ламарком и Ч. Дарвином. 

Ламарк (на иллюстрации слева) в этой книге дал ответы на вопросы, стоящие перед эволюционной теорией, путем логических выводов из некоторых принятых им постулатов. Он впервые выделил два самых общих направления эволюции: восходящее развитие от простейших форм жизни ко все более сложным и совершенным и формирование у организмов приспособлений в зависимости от изменений внешней среды (развитие "по вертикали" и "по горизонтали"). Ламарк был одним из первых естествоиспытателей, которые развили идею эволюции органического мира до уровня теории.  

Ламарк включил в свое учение качественно новое понимание роли среды в развитии органических форм, трактуя внешнюю среду как важный фактор, условие эволюции.   Ламарк полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования. Ламарк назвал это повышение общего уровня организации градацией.     

Движущей силой градаций Ламарк считал "стремление природы к прогрессу", "стремление к совершенствованию", изначально прсущее всем организмам и заложенное в них Творцом. При этом организмы способны целесообразно реагировать на любые изменения внешних условий, приспосабливаться к условиям внешней среды. Это положение Ламарк конкретизировал в двух законах: 

1) активно используемый орган усиленно развивается, а ненужный исчезает; 
2) изменения, приобретенные организмами при активном использовании одних органов и неиспользовании других, сохраняются у потомства.     

Роль среды в эволюции организмов по-разному рассматривается разными направлениями эволюционного учения.     

Для направлений в эволюционном учении, которые рассматривают историческое развитие живой природы как прямое приспособление организмов к среде обитания, используется общее название - эктогенез (от греч. слов "вне, снаружи" и "возникновение, образование"). Сторонники эктогенеза рассматривают эволюцию как процесс прямого приспособления организмов к среде и простого суммирования изменений, приобретаемых организмами под воздействием среды.     

Учения, объясняющие эволюцию организмов действием только внутренних нематериальных факторов ("принципом совершенствования", "силой роста" и др.), объединяются общим названием - автогенез. Эти учения рассматривают эволюцию живой природы как процесс, независимый от внешних условий, направляемый и регулируемый внутренними факторами. Автогенез противоположен эктогенезу.     

Автогенез близок витализму - совокупности течений в биологии, согласно которым жизненные явления объясняются присутствием в организмах нематериальной сверхъестественной силы ("жизненная сила", "душа", "энтелехия", "архей"), управляющей этими явлениями. Витализм- от лат. "жизненный" - объясняет жизненные явления действием особого нематериального начала. 

По-своему идея эволюции органического мира развивалась в теории катастроф. 

Французский биолог Жорж Кювье (1769-1832) писал:  "Жизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвой катастроф: одни, обитатели суши, были поглощаемы потопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезали, оставив на свете лишь немногие остатки, едва различимые для натуралистов".    

Развивая такие взгляды, Кювье стал основателем теории катастроф - концепции, в которой идея биологической эволюции выступила как производная от более общей идеи развития глобальных геологических процессов.  (На иллюстрации справа: Жорж Кювье, Музей естественной истории, Париж).

Теория катастроф (катастрофизм) исходит из представлений о единстве геологических и биологических аспектов эволюции.    В теории катастроф прогресс органических форм оъясняется через признание неизменяемости отдельных биологических видов.     

Против учения катастрофизма выступили сторонники другой концепции эволюции, которые также ориентировались преимущественно на геологическую проблематику, но исходили из представлений о тождественности современных и древних геологических процессов - концепции униформизма.     

​Униформизм складывался под влиянием успехов классической механики, прежде всего небесной механики, галактической астрономии, представлений о бесконечности и безграничности природы в пространстве и времени. В 18-первой половине 19 века концепцию униформизма разработали Дж. Геттон, Ч. Лайель, М. В. Ломоносов, К. Гофф и др. Эта концепция опирается на представления об однообразии и непрерывности законов природы, их неизменности на протяжении истории Земли; отсутствии всяческих переворотов и скачков в истории Земли; суммировании мелких отклонений в течение больших периодов времени; потенциальной обратимости явлений и отрицании прогресса в развитии.


Сразу после рекомбинации еще не было никаких массивных тел, космических объектов: вещество было рассеяно во Вселенной почти равномерно. Причина, по которой из однородной среды образовались массивные тела (звезды, планеты, галактики и т.д.) кроется в силе гравитации. Там, где плотность была чуть выше средней, сильнее было и притяжение, значит, более плотные образования становились еще плотнее. Изначально однородная масса со временем разделилась на отдельные "облака", из которых сформировались галактики. От рекомбинации до появления первых галактик и звезд прошли сотни миллионов лет. (На фото слева - галактика Андромеды)

Нарастание возмущений (малых отклонений от среднего значения) плотности и скорости вещества в первоначально однородной среде под действием гравитационных сил называется гравитационной неустойчивостью. Она рассматривается обычно как причина образования галактик и их скоплений. Процесс формирования космических тел из разряженной газовой и газово-пылевой среды под действием гравитационных сил называется гравитационной конденсацией. Она лежит в основе процесса формирования галактик, звезд. Космогония - раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие планет и Солнечной системы в целом, звезд, галактик и т.д. Наиболее развиты планетная космогония и звездная космогония. 

Оптические телескопы не дают полного представления о межзвездной среде: с их помощью видны лишь горячие облака, нагретые массивными звездами, или маленькие темные глобулы. На самом деле и те, и другие - довольно редкие образования. (На фото справа - Туманность "Конская голова" в созвездии Ориона)

Только созданные в 50-е годы радиотелескопы позволили обнаружить атомарный водород, заполняющий почти все пространство между звездами. Межзвездный газ более чем на 67% (по массе) состоит из водорода, на 28% из гелия и менее 5% приходится на все остальные элементы, самые обильные среди которых - кислород, углерод и азот. 

Начавшиеся в 1970 г. ультрафиолетовые наблюдения с ракет и спутников позволили открыть главную молекулу межзвездной среды - водород. А при наблюдении межзвездного пространства радиотелескопами сантиметрового и миллиметрового диапазонов были обнаружены десятки других молекул, содержащих до 13 атомов. В их числе молекулы воды, аммиака, формальдегида, этилового спирта и даже аминокислоты глицина. 

Около половины межзвездного газа содержится в молекулярных облаках. Их плотность в сотни раз больше, чем у облаков атомарного водорода, а температура всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Именно при таких условиях возникают неустойчивые к гравитационному сжатию отдельные уплотнения в молекулярном облаке массой порядка массы Солнца и становится возможным формирование звезд.


Когда плотность молекулярного облака (или отдельной его части) становится настолько большой, что гравитация преодолевает газовое давление, облако начинает неудержимо коллапсировать. Коллапс плотной части облака в звезду, а чаще в группу звезд, продолжается несколько миллионов лет (сравнительно быстро по космическим масштабам). (На фото слева - рождение звезды в созвездии Волка)

Плотный фрагмент молекулярного облака, в котором еще не достигнуты температуры, необходимые для начала термоядерных реакций, т.е. превращения облака в звезду, называется в звездной космогонии протозвездой. Протозвезда (от греч. "протос" - первый) - это космический объект, который уже не облако, но еще и не звезда. Когда температура в центре протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции, сжатие прекращается, и протозвезда становится звездой. В среднем в Галактике ежегодно рождается примерно десяток звезд с общей массой около 5 масс Солнца. (На фото справа - «Столпы творения» в туманности Орла — колонны межзвёздного газа и пыли, в которых рождаются новые звезды)

Молекулярные облака - это "фабрики по производству звезд". Диапазон масс только что произведенных звезд простирается от сотых долей до сотни масс Солнца, причем маленькие звезды образуются значительно чаще, чем крупные. Примерно половина звезд образуются одиночными; остальные образуют двойные, тройные и более сложные системы (чем больше компонентов, тем реже встречаются такие системы). Известны звезды, содержащие до 7 компонентов, более сложные пока не обнаружены. 

Рождение звезды длится миллионы лет и скрыто от нас в недрах темных облаков, поэтому данных процесс практически недоступен прямому наблюдению. Астрофизики исследуют рождение звезды теоретически, применяя методы компьютерного моделирования.


Астрономы не могут наблюдать жизнь одной звезды от начала до конца, потому что даже самые короткоживущие звезды существуют миллионы лет - дольше жизни всего человечества. Изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд, т.е. звездную эволюцию, астрономы изучают на основе сопоставления характеристик множества звезд, находящихся на разных стадиях эволюции. 

Физические закономерности, связывающие наблюдаемые характеристики звезд, отражаются на диаграмме цвет-светимость - диаграмме Герцшпрунга - Ресселла, на которой звезды образуют отдельные группировки - последовательности: главную последовательность звезд, последовательности сверхгигантов, ярких и слабых гигантов, субгигантов, субкарликов и белых карликов. 

Большую часть своей жизни любая звезда находится на так называемой главной последовательности диаграммы цвет-светимость. Все остальные стадии эволюции звезды до образования компактного остатка занимают не более 10% от этого времени. Именно поэтому большинство звезд, наблюдаемых в нашей Галактике, - скромные красные карлики с массой Солнца или меньше.  Главная последовательность включает в себя около 90% всех наблюдаемых звезд. 

Срок жизни звезды и то, во что она превращается в конце жизненного пути, полностью определяется ее массой. Звезды с массой больше солнечной живут гораздо меньше Солнца, а время жизни самых массивных звезд - всего миллионы лет. Для подавляющего большинства звезд время жизни - около 15 млрд. лет. После того как звезда исчерпает свои источники энергии она начинает остывать и сжиматься. Конечным продуктом эволюции звезд являются компактные массивные объекты, плотность которых во много раз больше, чем у обычных звезд.  Звезды разной массы приходят в итоге к одному из трех состояний: белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры. 

Если масса звезды невелика, то силы гравитации сравнительно слабы и сжатие звезды (гравитационный коллапс) прекращается. Она переходит в устойчивое состояние белого карлика. Если масса превышает критическое значение, сжатие продолжается. При очень высокой плотности электроны, соединяясь с протонами, образуют нейтроны. Вскоре уже почти вся звезда состоит из одних нейтронов и имеет такую громадную плотность, что огромная звездная масса сосредоточивается в очень небольшом шаре радиусом несколько километров и сжатие останавливается - образуется нейтронная звезда. Если же масса звезды будет настолько велика, что даже образование нейтронной звезды не остановит гравитационного коллапса, то конечным этапом эволюции звезды будет черная дыра.


Белые карлики - конечная стадия звездной эволюции после исчерпания термоядерных источников энергии звезд средней и малой массы. Они представляют собой очень плотные горячие звезды малых размеров из вырожденного газа. Ядерные реакции внутри белого карлика не идут, а свечение происходит за счет медленного остывания. Масса белых карликов не может превышать некоторого значения - это так называемый предел Чандрасекара, равны примерно 1,4 массы Солнца.  Солнце в будущем - это белый карлик.  (На фото слева - Белый карлик)

Грандиозное, но чрезвычайно редкое небесное явление, которое запечатлено во многих исторических летописях разных народов - это вспышка сверхновой звезды, которую иногда было видно даже днем. Установлено, что в среднем в каждой галактике вспышка сверхновой происходит раз в несколько десятилетий. В максимуме своего блеска она может быть столь же яркой, как остальные сотни миллиардов звезд галактики вместе взятые. (На фото справа - Вспышка сверхновой звезд)

Как впервые предположили в 30-е годы XX века Вальтер Бааде (на фото слева) и Фриц Цвикки (следующее фото: через абзац справа), в результате взрыва сверхновой образуется сверхплотная нейтронная звезда. Эта гипотеза подтвердилась после открытия в 60-х годах пульсара - быстровращающейся нейтронной звезды в центре Крабовидной туманности в созвездии Тельца; он возник на месте вспышки сверхновой 1054 года.  

Нейтронная звезда - это конечное состояние эволюции звезд массой более десяти солнечных. Она представляет собой очень экзотический космический объект. Ее радиус - всего 10-20 км, а масса в 1,5-2 раза больше солнечной. 

Максимально возможная масса нейтронной звезды носит название предела Оппенгеймера-Волкова, который в любом случае не больше трех масс Солнца. Если масса нейтронной звезды превосходит это предельное значение, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации. Звезда становится неустойчивой и быстро коллапсирует. Так образуется черная дыра. 

​Черная дыра - космический объект, который образуется при неограниченном гравитационном сжатии (гравитационном коллапсе) массивных космических тел. Существование этих объектов предсказывает общая теория относительности. Сам термин "черная дыра" введен в науку американским физиком Джоном Уилером (на фото ниже, слева) в 1968 г. для обозначения сколлапсировавшей звезды.

Черные дыры образуются в результате коллапса гигантских нейтронных звезд массой более 3 масс Солнца. При сжатии их гравитационное поле уплотняется все сильнее и сильнее. Наконец звезда сжимается до такой степени, что свет уже не может преодолеть ее притяжения. Радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы превратиться в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массивных звезд он составляет несколько десятков километров. 

Поскольку черные дыры не светят, то единственный путь судить о них - это наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие тела.  Имеются косвенные доказательства существования черных дыр более чем в 10 тесных двойных рентгеновских звездах. В пользу этого говорят, во-первых, отсутствие известных проявлений твердой поверхности, характерных для рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера, и, во-вторых, большая масса невидимого компонента двойной системы (больше 3 масс Солнца). Один из наиболее вероятных кандидатов в черные дыры - это ярчайший источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедя - Лебедь Х-1. (На фото сверху, справа - Черная дыра и излучения)


Наша Галактика - звездная система, в которую погружена Солнечная система, называется Млечный Путь (иллюстрация - на фото слева). Млечный Путь - грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово "глактикос" означает "молочный", "млечный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками. В нашей Галактике - Млечном Пути - более 200 млрд. звезд самой разной светимости и цвета.     

Окрестности Солнца - это объем Галактики, в котором доступными современной астрономии средствами можно наблюдать и изучать звезды разных типов. Как показывает практика, это "шар", который содержит около 1,5 тысяч звезд. Радиус этого шара - 20 парсек. В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звезды за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. 

В непосредственных окрестностях Солнца - шаре радиусом около 5 парсек - исследованы абсолютно все звезды - их около 100. Большинство среди них (почти две трети) - это очень слабые красные карлики с массой в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звезды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6 %. Белых и желтоватых звезд массами от 1,5 до 2 солнечных вообще единицы. Более массивных звезд (астрономам известны звезды с массами примерно до 100 солнечных) в непосредственных окрестностях Солнца не найдено, что указывает на их большую редкость. Кроме живых звезд ученые обнаружили в этом объеме еще 7 белых карликов.   
​  
Слабый красный карлик Проксима (от лат. "ближайшая") - компонент тройной системы alpha-Центавра - сейчас считается ближайшей от Солнца звездой.  Расстояние до Проксимы - 1,31 пк, свет от нее до нас идет 4, 2 года. Будущие исследования покажут, насколько Проксима достойна своего имени и нет ли звезд, конечно более слабых, которые еще ближе к Солнцу. 

Наши предки объединили все звезды в группы - созвездия.

(На рисунках ниже изображено звёздное небо Готторбского глобуса: Северное и Южное полушария)

Созвездия не являются физическими группировками звезд, связанных между собой общими свойствами. Созвездия - это участки звездного неба. Звезды в созвездиях объединены нашими предками для того, чтобы было легче ориентироваться в звездном небе, т.е. на основании случайного совпадения их положений на небе. 

Все небо разделено на 88 созвездий, которые носят имена мифических героев (например, Геркулес, Персей), животных (например, Лев, Жираф), предметов (например, Весы, Лира) и др. 

Скопления звезд - это их группы с общими физическими свойствами. Этим скопления отличаются от созвездий, которые являются результатом случайного совпадения положений звезд на небе.

Наблюдения в XIX веке позволили установить, что звездные скопления разделяются на шаровые скопления и рассеянные скопления. Во второй половине XX века к этим классам звездных группировок добавился еще один - ассоциации звезд.

Часть из звездных группировок принадлежит нашей Галактике. Шаровые скопления звезд - старейшие объекты нашей Галактики: они образовались одновременно с ней. Расстояния до этих скоплений очень велики - тысячи парсек. Сейчас известно свыше 150 шаровых скоплений, всего же их в Галактике может быть несколько сот. Рассеянное скопление состоит из нескольких сот или тысяч звезд. Масса рассеянных скоплений невелика и их гравитационное поле не в состоянии долго противостоять разрушению скоплений. Просуществовав около миллиарда лет, они растворяются в океане Галактики. Ассоциация - это группировка молодых звезд, объединенных общим образованием. Они более разреженные, чем скопления. 

Многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их изучают на примере других галактик, сходных с нашей, например, туманности Андромеды (как это сделал в 40-е годы XX века немецкий астроном Вальтер Бааде). В итоге в структуре Галактики выделяют плоский линзообразный диск, погруженный в более разреженный звездное облако сферической формы - гало. В итоге Галактика имеет форму двояковыпуклой линзы, похожа на чечевичное зерно. Звезды галактического диска называются населением I типа, звезды гало - населением II типа. 

Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро, расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта - черной дыры массой около миллиона масс Солнца. Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава).


Метагалактика - часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследований - содержит несколько миллиардов галактик - звездных систем, в которых звезды связаны друг с другом силами гравитации. 

Существуют галактики, включающие триллионы звезд. Наша Галактика - Млечный Путь - также достаточно велика (в ней более 200 млрд. звезд). Самые маленькие галактики содержат звезд в миллион раз меньше. Помимо обычных звезд галактики включают в себя межзвездный газ, пыль, а также различные экзотические объекты: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры. 

Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магеллановы облака. Они относятся к самым крупным видимым на небе астрономическим объектам.  Внешний вид и структура звездных систем весьма различны и в соответствии с этим галактики делятся на морфологические типы: эллиптические, спиральные, неправильные.

Наша Галактика принадлежит к типу спиральных. Спиральная структура в нашей Галактике очень хорошо развита. 

Галактики редко наблюдаются одиночными. Более 90% ярких галактик входят либо в небольшие группы, содержащие лишь несколько крупных членов, либо в скопления галактик, в которых их насчитывается многие тысячи. 

В окрестностях нашей Галактики, в пределах полутора мегапарсек от нее, расположены еще около 40 галактик, которые образуют местную группу. 

Скопления галактик - это самые крупные устойчивые системы во Вселенной. Существуют и более протяженные образования: цепочки из скоплений или гигантские плоские поля, усеянные галактиками и скоплениями ("стенки"), но гравитация не удерживает эти системы, и они вместе со всей Вселенной расширяются.


Для современной астрономической картины мира принципиально важным оказалось то, что существуют космические объекты, от которых невозможно принять излучение. Их наличие удается установить только по их гравитационному воздействию на соседей. Невидимое вещество, проявляющее себя по взаимодействию с видимым посредством сил тяготения, в современной астрономии называют скрытой массой (в физике также  - тёмной материей). (На фото слева - Снимок скопления двух галактик, синий цвет иллюстрирует наличие тёмной массы).

На иллюстрации слева запечатлен снимок «Хаббла» двух скоплений галактик, пролетавших друг через друга. На снимок наложена карта рентгеновского телескопа «Чандра», которая показывает горячий космический газ (розовый цвет), и карта распределения массы (синий цвет). Если бы темной материи не было, то синий цвет (распределение массы) на этом снимке совпадал бы с розовым (распределение газа).

Впервые о скрытой массе заговорили в 30-х годах XX века, когда швейцарский астроном Фриц Цвикки, измеряя по красному смещению скорости галактик из скопления в созвездии Волосы Вероники, получил, что скорости галактик гораздо выше расчетных. Он выдвинул гипотезу, что в скоплении присутствует невидимая, скрытая масса, которая и является причиной больших скоростей галактик. Согласно расчетам эта невидимая масса во много раз превышала массу видимую.

Сегодня астрономы уверенно заключают: Вселенная в основном заполнена невидимым веществом. Оно образует протяженные гало галактик и заполняет межгалактическое пространство, концентрируясь к скоплениям галактик. Вопрос о природе скрытой массы далек от разрешения. Возможно, эта масса создается не открытыми пока элементарными частицами. Часть скрытой массы может заключаться в телах, состоящих из обычных атомов. (Описание к иллюстрации сверху, справа: Тёмная материя невидима, на иллюстрации она подразумевается в скоплении галактик синим цветом).


В основе современной космогонии - гипотеза о происхождении Солнца и планет из единого холодного газово-пылевого облака - гипотеза И.Канта и П.Лапласа. Она получила развитие в трудах О.Ю.Шмидта, О.Хойла и др и утвердилась в современной космогонии. (На иллюстрации слева - Модель Солнечной системы)

Почти до конца 80-х годов нашего века раннюю историю нашей планетной системы приходилось "воссоздавать" лишь на основе данных о ней самой. И только к 90-м годам стали доступны для наблюдений невидимые ранее объекты - газопылевые диски, вращающиеся вокруг некоторых молодых звезд, сходных с Солнцем. 

Газопылевую туманность, в которой возникли планеты, их спутники, мелкие твердые тела, в космогонии называют протопланетным или допланетным облаком. Это облако имело уплощенную, чечевицеобразную форму, поэтому его называют еще диском. Ученые полагают, что и этот диск, и Солнце образовались из одной и той же вращающейся массы межзвездного газа - протосолнечной туманности.  Наименее изучена в космогонии самая ранняя стадия происхождения Солнечной системы - выделение протосолнечной туманности из гигантского родительского молекулярного облака, принадлежащего Галактике. 

В 40-х годах академик О. Ю. Шмидт (на фото справа) выдвинул ставшую общепринятой гипотезу об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел - планетезималей. 

Планетезималь (от англ. planet - планета и infinitesimal - бесконечно малый) - тело, представляющее собой промежуточную ступень формирования планеты из протопланетного газово-пылевого облака. Допланетный рой представлял собой сложную систему большого числа тел-планетезималей. Эволюция облака вела к тому, что в немногих крупных телах сосредоточивалась основная масса всего планетного вещества. 

Возраст Солнца насчитывает чуть меньше 5 млрд. лет. Возраст древнейших метеоритов почти такой же: 4,5-4,6 млрд. лет. Столь же стары и рано затвердевшие части Лунной коры. Поэтому принято считать, что Земля и другие планеты сформировались 4,6 млрд. лет назад. Тогда началась геологическая эволюция Земли.


Чарльз Дарвин в своем основном труде "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859), обобщив эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики, использовав результаты собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле "Бигль", раскрыл основные факторы эволюции органического мира. (На иллюстрации слева: Чарльз Дарвин через три года после путешествия на «Бигле». Худ. Джордж Ричмонд, 1839)

В книге "Изменение домашних животных и культурных растений" (т.1-2, 1868) он изложил дополнительный фактический материал к основному труду. В книге "Происхождение человека и половой отбор" (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка. 

В основе теории Дарвина - свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом - свойство наследственности. Наследственность вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы. 
    
Одно из основных понятий своей теории эволюции - понятие "борьба за существование" - Дарвин употреблял для обозначения отношений между организмами, а также отношений между организмами и абиотическими условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию более приспособленных особей. Понятие "борьба за существование" отражает те факты, что каждый вид производит больше особей, чем их доживает до взрослого состояния, и что каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды.  

Дарвин выделил две основные формы изменчивости: 
- определенную изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, почву); 
- неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениям внешних условий. (Иллюстрация справа: Чарльз Дарвин, 1868. Государственный Дарвиновский музей. Фото Дж. М. Кэмерон)
 
В современной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией. Мутация - неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именно неопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываюся перспективными.     

Неизбежным результатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов, по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных - естественный отбор.  Механизм естественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, т.е. складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этот механизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды.   Тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости - основа дарвиновской теории эволюции.     

Во времена Дарвина наследственность представляли как некое общее свойство организма, присущее ему как целому. В связи с этим шотландский инженер Флеминг Дженкин вошел в историю биологии, выдвинув возражения против теории Дарвина. Он считал, что новые полезные признаки некоторых особей данного вида должны быстро исчезнуть при скрещивании с другими, более многочисленными особями.   ​Возражения Дженкина сам Дарвин считал очень серьезным, окрестив "кошмаром Дженкина". Эти возражения были опровергнуты только когда стало ясно, что аппарат наследственности сформирован отдельными структурными и функциональными единицами - генами.


В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.     

Абиогенез - идея о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. 

В 1924 г. известный биохимик А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд.лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. (На фото слева: А. И. Опарин (на заднем плане А. Л. Курсанов) в лаборатории энзимологии, 1938). 

Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь Стенли Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот.

Таким образом в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и др. органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. (На фото справа: Стэнли Миллер проводит эксперименты по синтезу биологических молекул. 1953 год. Архив Химического факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего). 

В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни.  

Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.     Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем.   (Иллюстрация слева: Луи Пастер в лаборатории. Портрет А. Эдельфельта, 1885)
  
Еще Дарвин в 1871 г. писал: "Но если бы сейчас ... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ".    
 
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.     

Наряду с теорией абиогенного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Так, в 1865 г. немецкий врач Г.Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С.Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни - гипотезу панспермии.     

Панспермия - гипотеза о повсеместном распространении во Вселенной зародышей живых существ. Согласно панспермии, в мировом пространстве рассеяны зародыши жизни (например, споры микроорганизмов), которые движутся под давлением световых лучей, а попадая в сферу притяжения планеты, оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.     

Гипотеза А.И.Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И.Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. 

Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений.

Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул.


Основанием всем системы современной эволюционной биологии выступает синтетическая теория эволюции, принципиальные положения которой были заложены работами С. С. Четверикова, Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н. П. Дубинина и др.

Элементарной клеточкой синтетической теории эволюции является популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген. Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием таких эволюционных факторов, как мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.    

Таким образом, в синтетической теории эволюции на первый план выступает не оногенез - совокупность преобразований, происходящих в организме от зарождения до конца жизни, т.е. индивидуальное развитие организма, а развитие популяций. Онтогенетический уровень организации жизни на Земле связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов, а популяционный уровень надындивидуален.

Популяция - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида. Виды - это системы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные образования способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию. Популяции - это генетические открытые системы, т.к. особи из разных популяций иногда скрещиваются. Виды являются наименьшими генетически закрытыми системами.    
 
Совокупность совместно обитающих популяций разных видов живых организмов называется биоценозом.  Биоценоз - совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т.д.).     

Совокупность растений на участке с одинаковыми природными условиями, которые взаимодействуют друг с другом и со своим окружением, называется фитоценозом или растительным сообществом. Растительное сообщество (фитоценоз) - совокупность видов растений на однородном участке, находящихся в сложных взаимоотношениях между собой и с условиями окружающей среды (лес, степь, луг и т.д.). Фитоценоз характеризуется определенным видовым составом, строением и сложением. Фитоценоз - это часть биоценоза.     

Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы, представляющие собой взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией - в биогеоценозы.  Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и абиотических косных (приземной слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменом веществ и энергии). Термин предложил В. М. Сукачев (1940 г). Иногда этот термин употребляется как синоним экосистемы. Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы), называется биогеоценология.     

В развитии экосистем большую роль играют организмы, способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганических соединений. Эти организмы называются автотрофами. Автотрофы - это организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, двуокиси углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества, используя энергию фотосинтеза (все зеленые растения - фототрофы) или хемосинтеза (некоторые бактерии - хемотрофы).  Автотрофы служат первичной биотической основой для сложения биогеоценозов.    
 
Организмы, использующие для питания органические вещества, произведенные другими организмами, называются гетеротрофами. К гетеротрофным организмам относится человек, все животные, грибы, большинство бактерий, вирусов. Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов. Складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Пространство, включающее околоземную атмосферу и наружную оболочку Земли, освоенное живыми организмами и находящееся под влиянием их жизнедеятельности, называется биосферой. Биосфера Земли образуется всей совокупностью биогеоценозов, связанных между собой круговоротом веществ и энергии. Она представляет собой область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему.

Термин "биосфера" введен в 1875 г. Э.Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создал В. И. Вернадский (1926 г.) (на фото справа).


Геологическая эра Земли от ее образования до зарождения жизни называется катархей.  Катархей (от греч. "ниже древнейшего") - эра, когда была безжизненная Земля, окутанная ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода; гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений из окутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерные для жизни.  
   
Такая картина эры катархея (около 5 - 3,5 млрд. лет назад) предстает из современных исследований. Но выдвигаются и другие гипотезы. Вернадский, например, считал, что биосфера геологически вечна, т.е. что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета.     

Архей - древнейшая геологическая эра Земли (3,5 - 2,6 млрд. лет назад). Ко времени архея относится возникновение первых прокариот (бактерий и сине-зеленых) - организмов, которые в отличие от эукариот не обладают оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом (наследственная информация реализуется и передается через ДНК).     

В отложениях архея найдены также остатки нитчатых водорослей. В этот период появляются гетеротрофные организмы не только в море, но и на суше. Образуется почва. В атмосфере снижается содержание метана, аммиака, водорода, начинается накопление углекислого газа и кислорода.     

Протерозой (с греч. "первичная жизнь) - огромный по продолжительности этап исторического развития Земли (2,6 млрд.-570 млн. лет назад). Возникновение многоклеточности - важный ароморфоз в эволюции жизни. Конец протерозоя иногда называют "веком медуз" - очень распространенных в это время представителей кишечнополостных. 
​    
Палеозой (от греч. "древняя жизнь") - геологическая эра (570-230 млн. лет) со следующими периодами:
*кембрий (570-500 млн.лет)
*ордовик (500-440 млн. лет)
*силур (440-410 млн. лет)
*девон (410-350 млн. лет)
*карбон (350-285 млн. лет)
*пермь (285-230 млн. лет). 

Фауна раннего палеозоя (кембрий, ордовик, силур):
1-колония археоцит
2-скелет силурийского коралла
3-обитатель мелководных заливов силурийских морей-гигантский ракоскорпион
4-головоногий моллюск
5-морские лилии
6, 7, 8-древнейшие позвоночные бесчелюстные панцирные "рыбы"
9-одиночные кораллы
10, 11-трилобиты-примитивнейшие ракообразные
12-раковина силурийского головоногого моллюска.

Для развития жизни в раннем палеозое (кембрий, ордовик, силур) характерно интенсивное развитие наземных растений и выход на сушу животных.

Наступивший в конце силура горообразовательный период изменил климат и условия существования организмов. В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более континентальный, чем в силуре. В девоне появились пустынные и полупустынные области; на суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов.


​Новые группы животных начинают завоевывать сушу, но их отрыв от водной среды не был еще окончательным. К концу карбона относится появление первых пресмыкающихся - полностью наземных представителей позвоночных. Они достигли значительного разнообразия в перми из-за засушливого климата и похолодания. Так в палеозое произошло завоевание суши многоклеточными растениями и животными. 

Мезозой (с греч. "средняя жизнь") - это геологическая эра (230-67 млн.лет) со следующими периодами:
*триас (230-195 млн.лет)
*юра (195-137 млн.лет)
*мел (137-67 млн.лет).     

Мезозой справедливо называют эрой пресмыкающихся. Их расцвет, широчайшая дивергенция и вымирание происходят именно в эту эру. В мезозое усиливается засушливость климата. Вымирает множество сухопутных организмов, у которых отдельные этапы жизни связаны с водой: большинство земноводных, папоротники, хвощи и плауны. Вместо них начинают преобладать наземные формы, в жизненном цикле которых нет стадий, связанных с водой.

 

Мезозойские пресмыкающиеся:
1-водяной ящер
2-полуводный ящер
3-рогатый динозавр
4-летающий хвостатый ящер
5-летающий бесхвостый ящер
6-растительноядный динозавр-бронтозавр
7-растительноядный динозавр-стегозавр

В триасе среди растений сильного развития достигают голосеменные, среди животных - пресмыкающиеся. В триасе появляются растительноядные и хищные динозавры. Весьма разнообразны в эту эру морские пресмыкающиеся.

Помимо ихтиозавров, в морях юры появляются плезиозавры.  В юре пресмыкающиеся начали осваивать и воздушную среду. Летающие ящеры просуществовали до конца мела.

В юре от пресмыкающихся возникли и птицы. На суше в юре встречаются гигантские растительноядные динозавры.     

​Во второй половине мела возникли сумчатые и плацентарные млекопитающие. Приобретение живорождения, теплокровности были теми ароморфозами, которые обеспечили прогресс млекопитающих. 

Третичные млекопитающие:
1-фенакодус
2-эогиппус
3-гиппарион
4-палеотранус
5-саблезубый тигр
6-оленеобразный жираф
7-гигантский носорог
8-меритерий
9-миоценовый слон

Геологическая эра, в которую мы живем, называется кайнозой. Кайнозой (от греч. "новая жизнь") - это эра (67 млн. лет - наше время) расцвета цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих.  Кайнозой делится на два неравных периода: третичный (67-3 млн.лет) и четвертичный (3 млн.лет - наше время).

В первой половине третичного периода широко распространены леса тропического и субтропического типа. В течение третичного периода от насекомоядных млекопитающих обособляется отряд приматов. К середине этого периода широкое распространение получают и общие предковые формы человекообразных обезьян и людей. К концу третичного периода встречаются представители всех современных семейств животных и растений и подавляющее большинство родов.

В это время начинается великий процесс остепнения суши, который привел к вымиранию одних древесных и лесных форм и к выходу других на открытое пространство. В результате сокращения лесных площадей одни из форм антропоидных обезьян отступали вглубь лесов, другие спустились с деревьев на землю и стали завоевывать открытые пространства. Потомками последних являются люди, возникшие в конце третичного периода. 

Млекопитающие четвертичного периода:
1-широконосый носорог
2-носорог-эласмотерий
3-гигантский броненосец
4-гигантский ленивец
6-мамонт
7-древний слон
8-древний зубр
9-гигантский торфяной олень
10-современный индийский слон

В течение четвертичного периода вымирают мамонты, саблезубые тигры, гигантские ленивцы, большерогие торфяные олени и другие животные. Большую роль в вымирании крупных млекопитающих сыграли древние охотники.

Около 10 тысяч лет назад в умеренно теплых областях Земли наступила "неолитическая революция", связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Это определило видовой состав органического мира, который существует в настоящее время.

 


Долгое время отсутствовали эмпирические данные о предках человека. Дарвин знал только дриопитеков (найденных в 1856 г. во Франции) и писал о них как о далеких предках человека. В XX веке раскопки позволили обнаружить остатки ископаемых обезьян, живших примерно от 20 до 12 млн. лет назад. К ним относятся проконсулы (обнаруженные в Восточной Африке), ориопитек (находка скелета в 1958 г. в Италии), рамапитек (30-е годы XX века в Индии), сивапитеки и др., которые уже по многим признакам обнаруживают сходство с человеком. 

В настоящее время большинство специалистов считает, что ближайшим предшественником человека являются австралопитеки - прямоходящие млекопитающие. Их костные остатки, возраст которых составляет от 5 до 2,5 млн. лет, впервые были обнаружены в 1924 г. в Южной Африке. К настоящему времени обнаружены костные остатки около 400 особей австралопитековых. Австралопитеки были связующим звеном между животным миром и первыми людьми.
     
В современной антропологии наиболее распространенной является точка зрения, по которой "эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн. лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе, был по существу "шимпанзеподобен"... В качестве "модельного предка" человеческой и шимпанзоидной линии некоторые антропологи рассматривают карликового шимпанзе - бонобо - ... из джунглей Экваториальной Африки" (Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология, М.: 1991, стр.37-38).   
  
В 1891 г. голландский исследователь Эжен Дюбуа на о.Ява впервые нашел окаменелости древнейшего человека - первого питекантропа, или человека прямоходящего. Уже в нашем веке на Яве найдены еще несколько питекантропов, в Китае - близкие к ним синантропы и т.д. Все они представляют собой различные географические варианты человека прямоходящего, существовавшего приблизительно 0,5-2 млн.лет назад. Наряду с добыванием растительной пищи у питекантропов большую роль играла охота. Они умели пользоваться огнем, сохраняли его от поколения к поколению. 
​    
В 60-70-е годы нашего века в Африке были обнаружены остатки древнейших людей и самые примитивные орудия труда из гальки. Этот древнейший предок человека получил название человека умелого.  Человек умелый, судя по найденным останкам, датирующимся 2,6-3,5 млн. лет назад, существовал более полумиллиона лет, медленно эволюционировал, пока не приобрел значительное сходство с человеком прямоходящим.

Древнейших людей - питекантропов - сменили древние люди, которых называют неандертальцами (по месту первой находки в долине реки Неандр, Германия). Их скелетные остатки открыты в Европе, Азии и Африке. Время существования - 200-35 тысяч лет назад. Они могли не только поддерживать, но и добывать огонь. Шло развитие речи. С помощью изготовленных орудий древние люди охотились на животных, сдирали с них шкуры, разделывали туши, строили жилища. У неандертальцев впервые встречаются захоронения. 
    
В гроте Кроманьон во Франции было обнаружено сразу несколько ископаемых людей современного типа. По месту находки их называют кроманьонцами. Самые ранние их костные остатки датируются в 40 тысяч лет. Разнообразие типов орудий из камня и кости говорит о сложной трудовой деятельности. Человек уже умел сшивать шкуры животных и изготавливать из них одежду, жилье. На стенах пещер обнаружены мастерские рисунки.


Наука о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и о нормальных вариациях физического строения человека называется антропологией. Антропология как самостоятельная наука сформировалась в середине XIX века. Основные разделы антропологии: морфология человека, учение об антропогенезе, расоведение. 
    
Процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества называется антропогенезом или антропосоциогенезом.   
  
Проблемы антропогенеза стали изучаться в XVIII веке. До этого времени господствовало представление, что человек и народы всегда были и являются такими, как их создал творец. Однако постепенно в науке, культуре, общественном сознании утверждалась идея развития, эволюции, в том числе и применительно к человеку и обществу.  
   
В середине XVIII века К.Линней положил начало научному представлению о происхождении человека. В своей "Системе природы" (1735 г.) он отнес человека к животному миру, помещая его в своей классификации рядом с человекообразными обезьянами. В XVIII веке зарождается и научная приматология; так, в 1766 г. появилась научная работа Ж.Бюффона об орангутанге. Голландский анатом П.Кампер показал глубокое сходство в строении основных органов человека и животных.    
 
В XVIII - первой половине XIX века археологи, палеонтологи, этнографы накопили большой эмпирический материал, который лег в основу учения об антропогенезе. Большую роль сыграли исследования французского археолога Буше де Перта. В 40-50-х гг. XIX века он искал каменные орудия и доказывал, что их использовал первобытный человек, живший одновременно с мамонтом и др. Эти открытия опровергали библейскую хронологию, встретили бурное сопротивление. Только в 60-е гг. XIX века идеи Буше де Перта признали в науке.   
  
Однако даже Ламарк не решался довести до логического завершения идею эволюции животных и человека и отрицать роль бога в происхождении человека (в своей "Философии зоологии" он писал об ином происхождении человека, чем только лишь от животных).  
   
Революционную роль в учении об антропогенезе сыграли идеи Дарвина. Он писал: "Тот, кто не смотрит, подобно дикарю, на явления природы как на нечто бессвязное, не может больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения".  
​   
Человек одновременно и биологическое существо, и социальное, поэтому антропогенез неотрывно связан с социогенезом, представляя собой по сути единый процесс антропосоциогенеза.


Данные палеонтологии, биогеографии, сравнительной анатомии, эмбриологии и молекулярной биологии содержат убедительные и, что очень важно, взаимодополняющие и непротиворечивые свидетельства эволюции.

Последовательное появление новых видов животных и растений в палеонтологической летописи Земли привело натуралистов XVIII-XIX к идее эволюции. В нижних слоях геологических отложений обнаруживались более примитивные организмы, в верхних, - все более и более сходные с современными. Дарвин писал «геология дает нам ясное доказательство, что все виды претерпели изменения, и притом эти изменения протекали медленно и постепенно. Мы это ясно усматриваем из того факта, что ископаемые остатки последовательных формаций неизменно гораздо более сходны друг с другом, чем ископаемые из формаций, далеко одна от другой отстоящих».

Археоптерикс и микрораптор гуи – переходные звенья в цепи эволюции от рептилий к птицам. В их строении сочетались признаки характерные для рептилий (наличие зубов, пальцев на передних конечностях, длинный хвостовой отдел позвоночника) и птиц (оперение).

 

Во времена Дарвина палеонтологическая летопись начиналась с Кембрийского периода (530 млн. лет назад) и в ней наблюдалось много пробелов. Сейчас эти пробелы постепенно заполняются. Палеонтологи нашли и охарактеризовали множество окаменевших останков животных, растений и микроорганизмов, живших на Земле в отдаленные эпохи. Современные методы физики и химии позволили очень точно датировать окаменелости по соотношению изотопов различных химических элементов в самих останках и окружающих их породах. Данные палеонтологии свидетельствуют, что микроорганизмы обитали на Земле 3,8 млрд. лет назад. Самые древние эукариотические клетки были обнаружены в породах, возраст которых превышает 2 млрд. лет. Чем ближе к нашему времени, тем меньше пробелов остается в палеонтологической летописи, тем более подробной она становится. Мы видим последовательное и постепенное появление новых форм. Более того, мы видим, как из прежних форм возникали новые. Между рыбами и амфибиями, амфибиями и рептилиями, рептилиями и млекопитающими найдено так много переходных форм, что зачастую трудно сказать, к какому классу позвоночных их следует относить. Рассмотрим некоторые примеры.

Впервые ископаемые останки первоптицы - археоптерикса был найдены в Германии в 1861 году. Он имел перья и крылья, следовательно, относился к птицам. Но его скелет отличался рядом признаков, типичных для хищных динозавров: костистый хвост, зубы, пальцы с когтями на передних конечностях. Позднее в Испании и Китае были найдены на 30-40 млн. лет более молодые останки археоптериксов. Они еще больше похожи на птиц и меньше на динозавров. Их костистые хвосты стали короче, пальцы на крыльях редуцировались.

Археоптерикс не исторический курьез, а одно из звеньев в цепи эволюции. Совсем недавно был найден далекий предок археоптерикса– микрораптор гуи. Он имел маховые перья не только на передних, но и на задних конечностях. Таким образом, у него было четыре крыла, которые он использовал для парящего полета. До него в палеонтологической летописи находятся динозавры, которые становились с течением времени все более и более похожими на птиц, а после него – древние птицы, которые все более и более утрачивали признаки динозавров. В этой длинной цепи от динозавров к птицам, которая протянулась более чем на 140 млн. лет, не было разрывов. Не было момента, когда птица вдруг вылетела из яйца динозавра. Каждый предок имел потомка, в основном похожего на себя, и в то же время отличного в деталях.

Следует помнить, однако, что многие ископаемые останки, принадлежат боковым ветвям филогенетического древа. На Земле нет сейчас живых потомков тиранозавров. Эта ветвь оказалась эволюционным тупиком. Нет на Земле и четырехкрылых птиц, хотя такие родственники археоптериксов существовали на Земле десятки миллионов лет назад.

Происхождение современных китов от наземных млекопитающих. Шкала внизу рисунка в миллионах лет назад. Начала и концы линий показывают время возникновения и вымирания соответствующего вида.

Открытия 1990-х годов позволили восстановить интереснейшую историю постепенного превращения мелких (размером с белку) наземных копытных млекопитающих в гигантов моря – китов. Ископаемые останки свидетельствуют, что наиболее дальний предок современных китов жил на суше 65 млн. лет назад и кормился рыбой и трупами животных. Пакицетус, который жил около 50 млн. лет назад, уже перешел к полуводному образу жизни. Более молодой представитель этой линии амбулоцетус – ходячий кит - (45 млн. лет назад) был ростом с морского льва, имел довольно длинные конечности, хорошо приспособленные как для плавания, так и для хождения по дну, и длинный хвост, тоже полезный для плавания, хотя пока еще очень мало похожий на мощный хвостовой плавник кита. Родоцетус (43 млн. лет назад) сделал следующий и уже необратимый шаг в море. Его конечности сильно уменьшились, а тазовый пояс практически отделился от позвоночника. И, наконец, 40 млн. лет назад появился базилозаврус. Длина его тела достигала 15 метров. Конечности его уже полностью преобразовались в мощные плавники. Это был уже почти настоящий кит. Он еще сохранил явное сходство со своими сухопутными предками. Его ноздри уже сместились далеко назад, но им предстояло пройти еще полпути до того места на черепе, где сейчас располагается дыхальце настоящих китов. Он еще сохранил тазовый пояс, но на его рудиментарных ножках уже было не пять, а всего три крохотных пальчика.

​Таким образом, палеонтологическая летопись дает нам свидетельства постепенного преобразования наземных млекопитающих в обитателей моря. Несмотря на ее явную неполноту и фрагментарность, мы видим в ней серию переходных форм. По существу, все ископаемые останки представляют собой переходные формы – все они является потомками ранее живших форм, а некоторые – предками ныне живущих форм. Таким образом, палеонтологическая летопись является летописью эволюции - наследственного изменения свойств живых организмов в ряду поколений.


Биогеографические области Земли

 

Биогеография – это наука, которая изучает распределение живых организмов на Земле. Она возникла благодаря трудам Ч.Дарвина и А.Уоллеса. Дарвин посвятил биогеографии значительную часть «Путешествия на Бигле» и две главы «Происхождения видов». По степени сходства локальных фаун выделяют шесть биогеографических областей: 1) Палеоарктическую, 2) Неоарктическую, 3) Индо-Малайскую, 4) Эфиопскую, 5) Неотропическую и 6) Австралийскую.
 
Главная проблема, которая стояла тогда перед исследователями заключалась в том, что, по словам Дарвина «ни сходство, ни различия между обитателями разных областей не могут быть вполне объяснены климатическими и другими физическими условиями». Действительно, климатические условия тропических областей Африки, Юго-Восточной Азии и Южной Америки поразительно сходны, но насколько различны при этом фауны этих областей! Кенгуру и множество других сумчатых населяют степи и полупустыни Австралии, но в африканской фауне нет ни одного сумчатого. Чем объяснить удивительное разнообразие близкородственных видов птиц на Галапагосских островах, их сходство с континентальными южноамериканскими видами и отличие от видов птиц Гавайских островов или Островов Зеленого Мыса?

Представители планцентарных (слева) и сумчатых (справа) млекопитающих

Если сходство живых существ, населяющих каждую из обширных биогеографических областей, и различия между областями невозможно объяснить климатическими условиями, то в чем же это объяснение? Что связывает воедино фантастическое разнообразие сумчатых Австралийской области - сумчатого крота, сумчатую белку, сумчатого волка, сумчатого медведя, кенгуру – и почему они по своему сходны, но в то же время так фундаментально отличны от наших кротов, белок, волков, медведей и травоядных? Их связывает общность происхождения, время и место существования их последнего общего предка, и условия, в которых происходила их эволюция.

Внешнее сходство (европейский крот – сумчатый крот, белка летяга – сумчатая летяга) обитателей разных областей обусловлено сходством условий, в которых протекала их эволюция. Глубинное сходство обитателей одной области объясняется тем, что именно в этой области жил когда-то их общий предок (все австралийские сумчатые, сколь бы различны они ни были, происходят от общего сумчатого предка).

Однако многие потомки расселяются далеко за пределы обитания их предков. Понятно, что скорость расселения и дистанция, которую может преодолеть тот или иной вид животных или растений, зависит как от способов, которые этот вид использует для расселения, так и от препятствий, которые он встречает на своем пути.

Моря и океаны, реки, горы и пустыни часто оказываются непреодолимым препятствием для распространения многих видов наземных животных. На океанических островах вулканического и кораллового происхождения до прихода туда человека не было никаких наземных млекопитающих. Не было там и земноводных. Число видов, населяющих такие острова, относительно невелико, и оно тем меньше, чем дальше тот или иной остров от континента – и, соответственно, тем меньше шансов было у предков нынешних островных форм добраться до этого острова. Океанические острова заселяются случайными переселенцами с ближайших континентов. Это, как правило, птицы, летучие мыши, рептилии, насекомые. Представители таких видов, попав на океанические острова, получают широкие возможности для размножения. Они занимают множество свободных экологических ниш на отдельных изолированных друг от друга островах и дают начало огромному разнообразию эндемических (встречающихся только в одной ограниченной области на Земле) видов.

Например, на Гавайских островах обнаружено большое разнообразие улиток, из которых 300 эндемичных видов принадлежат одному роду. Из 108 видов птиц, населяющих Галапагосские острова, 82 эндемичны. Ярким примером быстрого возникновения видового разнообразия являются Дарвиновы вьюрки. Когда Дарвин собирал свою коллекцию птиц на Галапагосах, он ошибочно отнес вьюрков, собранных на разных островах, к разным семействам воробьиных птиц, настолько они были отличны друг от друга. Позднее выяснилось, что все они (13 видов) принадлежат к одному подсемейству и возникли относительно недавно – несколько миллионов лет назад по мере заселения островов. За это время, благодаря изоляции друг от друга и от континентальных родственников и естественному отбору в новых и разнообразных условиях, они претерпели значительные эволюционные изменения.

Изменение расположения континентов в прошлом Земли

Еще во времена Дарвина было ясно, что острова и отдельные части континентов могут менять свои очертания, возникать, поднимаясь над уровнем моря, исчезать, скрываясь под водой. Но ни Дарвин, ни его современники не могли себе представить, что в далеком прошлом континенты располагались относительно друг друга совсем не так как сейчас. Теперь мы знаем, 230 млн. лет назад все континенты представляли собой единый массив – гигантский материк Пангея. Около 200 млн. лет назад он раскололся и его фрагменты медленно двигались, то отдаляясь друг от друга, то вновь соединяясь, на те места, которые они занимают сейчас.

Дрейф материков – это факт, подтвержденный данными геологии. Но особенно важно для нас то, что дрейф материков объясняет те особенности расселения животных и растений, которые были необъяснимы во времена Дарвина. Теперь мы понимаем, почему так различны фауны Палеарктической и Индо-Малайской областей. Дело не только, и не столько в климатических различиях между ними, но в том, что они были разделены океаном в течение десятков миллионов лет. Мы понимаем, почему в Южной Америке и Австралии обитают родственные виды страусов – нанду и эму. Десятки миллионов лет назад эти два континента соединяла Антарктида, ныне холодная и безжизненная, а тогда покрытая густыми и полными жизни тропическими лесами. О том, что эти леса там были когда-то, свидетельствуют залежи каменного угля, обнаруженные в Антарктиде.

Итак, географические закономерности распределения живых организмов хорошо согласуются с геологическими и палеонтологическими данными и убедительно свидетельствуют о том, что все современное разнообразие видов сформировалось в ходе эволюции.


Различия и сходство в строении передних конечностей позвоночных

Все четвероногие – амфибии, рептилии, млекопитающие имеют по пять пальцев на конечностях.  Даже у тех видов, у которых во взрослом состоянии имеется меньше пяти пальцев (в копыте лошади, например), в эмбриональном периоде все равно закладываются все те же 5 пальцев. Почему именно пять, а не 3, 4, 7, 15? Но пятью пальцами сходство не ограничивается. Дарвин писал: «Что может быть любопытнее того, что пригодная для хватания рука человека, роющая лапа крота, нога лошади, ласт дельфина и крыло летучей мыши построены по тому же самому образцу и содержат одинаковые кости с одним и тем же относительным расположением? Ничто не может быть более безнадежным, как попытка объяснить эту общность строения у членов одного и того же класса с точки зрения полезности или учения о конечных причинах».

Общность строения объясняется общностью происхождения – все четвероногие позвоночные происходят от общего предка, который имел 5 пальцев. Это заключение, сделанное на основе данных сравнительной анатомии, подтверждается палеонтологическими данными. Они свидетельствуют, что этот общий пятипалый предок жил на Земле около 400 млн. лет назад. У него были современники, которые имели, кто 6, кто 7, а кто и 8 пальцев, но все они вымерли. Все современные четвероногие произошли не от них, а от пятипалого предка.

Вся систематика живых организмов построена по иерархическому принципу. Сходные между собой виды объединяются в роды, сходные роды в семейства, сходные семейства в отряды, сходные отряды в классы и так далее. Если мы сравниваем виды, принадлежащие одному роду, мы находим между ними сходство по большому числу морфологических признаков. Если же мы сравним два вида из разных отрядов одного класса, мы обнаружим гораздо меньше сходства между ними.

​Очевидно, что степень сходства определяется степенью родства: родные братья гораздо более сходны между собой, чем двоюродные. Степень родства определяется числом поколений между ныне живущими организмами и их предками. Родные братья имеют общего предка в первом поколении, а двоюродные во втором. Точно так же в терминах родства мы можем интерпретировать таксономические категории, построенные по морфологическому критерию. Виды одного рода отделяет от их общего предка гораздо меньшее число поколений (и соответственно лет), чем виды, принадлежащие к разным отрядам. Общий предок всех видов рода Mus (домовые мыши) жил на Земле около 10 млн. лет назад. Примерно в то же время существовал и общий предок видов рода Felis (кошки), а последний общий предок мыши и кошки жил гораздо раньше – более 70 млн. лет назад.


Начальные стадии онтогенеза позвоночных очень сходны. По мере развития различия между ними становятся все более явными

Все многоклеточные организмы проходят длинный путь от зиготы до взрослой формы. Организмы формируется по заложенной в их генах программе. Часто ДНК называют чертежом будущего организма. На самом деле в последовательности нуклеотидов ДНК записан не чертеж, а рецепт организма: когда, где и что должно произойти для того, чтобы организм сформировался.

Нигде в генах не записано, что рука должна иметь пять пальцев. В генах «записано» когда, где и что должно произойти для того, чтобы постепенно из недифференцированного зачатка конечности сформировалась рука с пятью пальцами. В генах «записаны» последовательности реакций, которые приводят к синтезу белков и регуляторных РНК.

Взаимодействуя друг с другом, они предопределяют свойства отдельных клеток. В зависимости от этих свойств, клетки растут, перемещаются, взаимодействуют друг с другом, объединяются в те или иные ткани. Родословная каждой клетки развивающегося организма, ее положение в эмбрионе и сигналы, поступающие от других клеток, определяют ее судьбу и то, какие гены будут активны в ней.

​У всех представителей одного типа (например, хордовых) наиболее общие особенности строения эмбрионов (хорда, кишечник, зачатки передних и задних конечностей) формируются довольно рано в онтогенезе и по одним и тем же рецептам. На ранних стадиях органогенеза зародыши сходны друг с другом.

Карл Максимович фон Бэр (1792-.1876) - основатель сравнительной эмбриологии. Впервые обнаружил и описал сходство ранних стадий развития зародышей позвоночных.

Русский ученый Карл Бэр (1792-1876) обнаружил поразительное сходство зародышей различных позвоночных. Он писал: ««Зародыши млекопитающих, птиц, ящериц и змей, в высшей степени сходны между собой на самых ранних стадиях, как в целом, так и по способу развития отдельных частей. У меня в спирту сохраняются два маленьких зародыша, которые я забыл пометить, и теперь я совершенно не в состоянии сказать, к какому классу они принадлежат. Может быть, это ящерицы, может быть — маленькие птицы, а может быть — и очень маленькие млекопитающие, до того велико сходство в устройстве головы и туловища у этих животных. Конечностей, впрочем, у этих зародышей еще нет. Но если бы даже они и были на самых ранних стадиях своего развития, то и тогда мы ничего не узнали бы, потому что ноги ящериц и млекопитающих, крылья и ноги птиц, а также руки и ноги человека развиваются из одной и той же основной формы».

На более поздних стадиях развития различия между эмбрионами увеличиваются, появляются признаки класса, отряда, семейства. Ч.Дарвин рассматривал сходство ранних стадий онтогенеза у разных представителей крупных таксонов как указание на их эволюционное происхождение от общих предков.

Современные открытия в области генетики развития подтвердили дарвиновскую гипотезу. Было показано, например, что важнейшие процессы раннего онтогенеза у всех позвоночных совершаются по одним и тем же рецептам: они контролируются одними и теми же генами. Более того, многие из этих генов-регуляторов обнаружены и у беспозвоночных (червей, моллюсков и членистоногих).

Конечности всех млекопитающих сначала развиваются по общей программе, предусматривающей формирование пяти пальцев, однако на более поздних стадиях эмбрионального развития вступают в действие специфические программы, возникшие позже в ходе эволюции – у копытных зачатки пястных костей сливаются, у китов и дельфинов они редуцируются, у летучей мыши они превращаются в основу крыльев и лап. Муравьеды рождаются без зубов, но у зародышей этих животных мы обнаруживаем зачатки зубов, которые исчезают на более поздних стадиях развития. Это свидетельствует о том, что общий предок муравьедов и других неполнозубых (ленивцев, броненосцев) имел зубы, а его потомки их потеряли – кто полностью, кто частично. Но гены - рецепты для создания зубов, они унаследовали. Птицы потеряли зубы еще раньше - 70-80 миллионов лет назад, но в их челюстных зачатках до сих пор мы обнаруживаем синтез белков необходимых для развития зубов.

Таким образом, морфологические, эмбриологические и палеонтологические свидетельства эволюции хорошо согласуются между собой и дают единую и непротиворечивую картину процесса эволюции.


Число отличий по аминокислотам в молекуле гемоглобина у представителей разных таксонов тем больше, чем раньше в эволюции разошлись эти таксоны.

 

Благодаря современным достижениям молекулярной биологии и генетики удалось расшифровать геном человека, мыши, дрозофилы, малярийного комара, риса и многих других видов животных, растений, грибов и микроорганизмов. Мы можем сравнивать гены разных организмов и анализировать сходство и различия между ними. Мы можем изучать гены не только ныне живущих организмов, но и давно вымерших видов, используя следы ДНК в ископаемых останках.

Мы знаем, что все живые организмы имеют одинаковые механизмы записи, передачи и считывания наследственной информации. Эта информация записана в последовательности нуклеотидов ДНК (РНК у некоторых вирусов), она передается из поколения в поколение благодаря одному и тому же механизму репликации, она транскрибируется в последовательность нуклеотидов и-РНК и затем транслируется в последовательность аминокислот в белках с использованием одного и того же генетического кода. Это однозначно свидетельствует о том, что все ныне живущие на Земле организмы происходят от одного общего предка.

Геном каждого вида представляет собой генетическую летопись его эволюции. Каждый организм получил свои гены от предков, а те в свою очередь от своих предков, и так до самого первого предка всех живых организмов. В большинстве случае гены передавались без изменений, но изредка возникали случайные изменения – мутации. Некоторые мутации снижали приспособленность организмов, которые их наследовали. Такие мутации отметались естественным отбором и не передавались дальше. Большинство никак не сказывались на приспособленности организмов, и, следовательно, на вероятности передачи этих измененных генов из поколения в поколение. Наконец, были такие мутации, которые давали их носителям преимущества в борьбе за жизнь. Они распространялись в популяциях и закреплялись в генофонде вида, внутри которого они возникли, и передавались дочерним видам. Таким образом, в геномах ныне живущих видов записана все история этих видов. Сравнение генов разных видов дает ключ к построению единой родословной всего живого на Земле.

Многие мутации представляют собой замены одних нуклеотидов на другие. Мутации возникают, как правило, во время репликации ДНК. Отсюда следует, что, чем больше поколений прошло со времени дивергенции двух видов от общего предка, тем больше случайных замен нуклеотидов должно было накопиться в геномах дочерних видов. Соответственно, тем больше аминокислот отличают один и тот же белок у этих видов. Общий предок человека и мартышки существовал более 30 млн. лет назад, а общий предок человека и кошки — более 80 млн. лет назад. Когда мы сравниваем аминокислотные последовательности гемоглобина, мы видим, что различий между белками (и следовательно, генами) человека и мартышки гораздо меньше, чем между белками человека (или шимпанзе) и кошки.

Количественная оценка различий между видами по множеству генов позволяет построить генеалогическое древо, показывающее родство различных таксонов (видов, отрядов, семейств, классов), и определить относительное время их дивергенции. В основном это древо совпадает с теми, что были построены на основе морфологических, эмбриологических и палеонтологических данных.

 

Филогенетическое древо китопарнокопытных, построенное на основе сравнения генов. Ближайшим родственником китов и дельфинов является бегемот.

Ученые уже давно обнаруживали странное сходство между современными китами и копытными. Палеонтологические данные подтвердили, что предки китов по ряду признаков были похожи на предков копытных. Данные молекулярно-генетического анализа позволили точно определить положение китов на едином древе жизни. Ближайшим родственником китов оказался гиппопотам, который относится к отряду парнокопытных. Это значит, что общий предок китов и парнокопытных (гиппопотамов, коров, свиней) существовал в более близкое к нашим дням время, чем общий предок парно- и непарнокопытных (лошадей, тапиров, носорогов). В современной систематике киты и парнокопытные объединяются в один отряд китопарнокопытных.

Молекулярные данные предоставляют нам самые убедительные свидетельства эволюции. Опираясь на эти данные, мы можем реконструировать историю жизни на Земле, показать, что все современные виды связаны неразрывными нитями родства, вся жизнь на Земле представляют собой единое филогенетическое древо.

Использовались материалы сайта Эволюция - пути и механизмы


В одной галактике насчитывается около 100 млрд звезд, а всего в нашей Вселенной существует 100 млрд галактик. Если бы вам вздумалось отправиться в путешествие с Земли к самому краю Вселенной, то это заняло бы у вас больше 15 млрд лет при условии, что вы будете передвигаться со скоростью света - 300 000 км в секунду. Но откуда же появилась космическая материя? Как возникла Вселенная?
 
История Земли насчитывает около 4,6 млрд лет. За это время на ней возникали и вымирали многие миллионы видов растений и животных; вырастали и обращались в прах высочайшие горные хребты; громадные материки то раскалывались на части и разбегались в разные стороны, то сталкивались друг с другом, образуя новые гигантские массивы суши. Откуда же мы все это знаем?
 
Дело в том, что, несмотря на все катастрофы и катаклизмы, которыми столь богата история нашей планеты, на удивление многое из ее бурного прошлого запечатлевается в горных породах, существующих и поныне, в окаменелостях, которые в них находят, а также в организмах живых существ, обитающих на Земле в наши дни. Разумеется, эта летопись неполная. Нам попадаются лишь ее фрагменты, между ними зияют пустоты, из повествования выпадают целые главы, крайне важные для понимания того, что происходило на самом деле. И все-таки даже в столь урезанном виде история нашей Земли не уступит в увлекательности любому детективному роману.

Теория Большого Взрыва

Астрономы полагают, что наш мир возник в результате Большого Взрыва. Взорвавшись, гигантский огненный шар разметал по пространству материю и энергию, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики.

Теория, которой придерживается большинство современных ученых, утверждает, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого Взрыва. Невероятно горячий огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, в какой-то момент взорвался и разбросал во всех направлениях потоки энергии и частиц материи, придав им колоссальное ускорение.
 
Любое вещество состоит из крохотных частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие материальные частицы, способные принимать участие в химических реакциях. Однако они, в свою очередь, состоят из еще более мелких, элементарных, частиц. В мире существует множество разновидностей атомов, которые называются химическими элементами. Каждый химический элемент включает в себя атомы определенных размеров и веса и отличается от других химических элементов. Поэтому в ходе химических реакций каждый химический элемент ведет себя только ему одному присущим образом. Все сущее во Вселенной, от крупнейших галактик до мельчайших живых организмов, состоит из химических элементов.

После Большого Взрыва

Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000"С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы - гелий и водород. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и образовывались более тяжелые элементы. Процесс образования новых атомов и элементов продолжается и по сей день в недрах таких звезд, как, к примеру, наше Солнце. Их температура необычайно высока.

Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкивались друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали маленькие объекты к более крупным. В результате во Вселенной со временем сформировались галактики, звезды, планеты.

На иллюстрации: Земля имеет расплавленное ядро, богатое железом и никелем. Земная кора состоит из более легких элементов и как бы плавает на поверхности частично расплавленных горных пород, образующих мантию Земли.

Микроволны из прошлого

Исходя из предположения, что Вселенная сформировалась в результате "горячего" Большого Взрыва, то есть возникла из гигантского огненного шара, ученые попробовали подсчитать, до какой степени она должна была охладиться к настоящему времени. Они пришли к выводу, что температура межгалактического пространства должна составлять около -270°С. Температуру Вселенной ученые определяют и по интенсивности микроволнового (теплового) излучения, идущего из глубин космоса. Проведенные измерения подтвердили, что она в самом деле составляет примерно -270"С.

Каков возраст Вселенной?

Чтобы узнать расстояние до той или иной галактики, астрономы определяют ее размеры, яркость и цвет излучаемого ею света. Если теория Большого Взрыва верна, то, значит, все существующие ныне галактики первоначально были стиснуты в один сверхплотный и горячий огненный шар. Вам достаточно поделить расстояние от одной галактики до другой на скорость, с какой они удаляются друг от друга, чтобы установить, как давно они составляли единое целое. Это и будет возрастом Вселенной. Разумеется, этот метод не позволяет получить точных данных, но все же он дает основания полагать, что возраст Вселенной -от 12 до 20 млрд лет.
 
Образование Солнечной системы

Никто точно не знает, как именно образовалась Солнечная система. Основная теория гласит, что Солнце и планеты сформировались из завихряющегося облака космического газа и пыли. Более плотные части этого облака с помощью гравитационных сил притягивали к себе извне все большее количество вещества. В итоге из него возникли Солнце и все его планеты.

Галактики сформировались, по всей вероятности, спустя примерно 1 - 2 млрд лет после Большого Взрыва, а Солнечная система возникла приблизительно на 8 млрд лет позже. Ведь материя распределялась по пространству отнюдь не равномерно. Более плотные области, благодаря гравитационным силам, притягивали к себе все больше пыли и газа. Размеры этих областей стремительно увеличивались. Они превращались в гигантские завихряющиеся облака пыли и газа - так называемые туманности.
 
Одна такая туманность - а именно солнечная туманность - сгустившись, образовала наше Солнце. Из других частей облака возникли сгустки вещества, ставшие планетами, в том числе Землей. Они удерживались на своих околосолнечных орбитах мощным гравитационным полем Солнца. По мере того как гравитационные силы притягивали частицы солнечного вещества все ближе и ближе друг к другу, Солнце становилось все меньше и плотнее. При этом в солнечном ядре возникло чудовищное давление. Оно преобразовывалось в колоссальную тепловую энергию, а это, в свою очередь, ускоряло ход термоядерных реакций внутри Солнца. В (результате образовывались новые атомы и выделялось еще больше тепла.
 
Возникновение условий для жизни

Примерно те же процессы, хотя и в значительно меньших масштабах, происходили и на Земле. Земное ядро стремительно сжималось. Из-за ядерных реакций и распада радиоактивных элементов в недрах Земли выделялось так много тепла, что образующие ее горные породы расплавились. Более легкие вещества, богатые кремнием - похожим на стекло минералом, - отделились в земном ядре от более плотных железа и никеля и образовали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда Земля существенно охладилась, земная кора затвердела и превратилась в прочную внешнюю оболочку нашей планеты, состоящую из твердых горных пород.
 
Остывая, Земля выбрасывала из своего ядра множество различных газов. Обычно это происходило при извержении вулканов. Легкие газы, такие, как водород или гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство. Однако сила притяжения Земли была достаточно велика, чтобы удерживать у ее поверхности более тяжелые газы. Они-то и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на Земле возникли океаны. Теперь наша планета была полностью готова к тому, чтобы стать колыбелью жизни.
 
Рождение и гибель горных пород

Земная суша образуется твердыми горными породами, зачастую покрытыми слоем почвы и растительностью. Но откуда эти горные породы берутся? Новые горные породы формируются из вещества, рождающегося глубоко в недрах Земли. В нижних слоях земной коры температура намного выше, чем па поверхности, а составляющие их горные породы находятся под огромным давлением. Под воздействием жара и давления горные породы прогибаются и размягчаются, а то и вовсе плавятся. Как только в земной коре образуется слабое место, расплавленные горные породы - их называют магмой - прорываются на поверхность Земли. Магма вытекает из жерлов вулканов в виде лавы и распространяется на большой площади. Застывая, лава превращается в твердую горную породу.

Взрывы и огненные фонтаны

​В одних случаях рождение горных пород сопровождается грандиозными катаклизмами, в других проходит тихо и незаметно. Существует множество разновидностей магмы, и из них образуются различные типы горных пород. К примеру, базальтовая магма очень текуча, легко выходит на поверхность, растекается широкими потоками и быстро застывает. Иногда она вырывается из жерла вулкана ярким "огненным фонтаном" - такое происходит, когда земная кора не выдерживает ее давления.
 
Другие виды магмы гораздо гуще: их густота, или консистенция, больше похожа на черную патоку. Содержащиеся в такой магме газы с большим трудом пробиваются на поверхность сквозь ее плотную массу. Вспомните, как легко пузырьки воздуха вырываются из кипящей воды и насколько медленнее это происходит, когда вы нагреваете что-нибудь более густое, к примеру кисель. Когда более плотная магма поднимается ближе к поверхности, давление на нее уменьшается. Растворенные в пей газы стремятся расшириться, но не могут. Когда же магма наконец вырывается наружу, газы расширяются столь стремительно, что происходит грандиозный взрыв. Лава, обломки горных пород и пепел разлетаются во все стороны, как снаряды, выпущенные из пушки. Подобное извержение случилось в 1902 г. на о-ве Мартиника в Карибском море. Катастрофическое извержение вулкана Моптапь-Пеле полностью разрушило порт Сеп-Пьер. Погибло около 30 000 человек.

На иллюстрации: Поток лавы вытекает из кратера вулкана Килауэа, расположенного на о-ве Гавайя. Когда лава выходит на поверхность Земли, она застывает, образуя новые горные породы.

Образование кристаллов

Горные породы, формирующиеся из остывающей лавы, называют вулканическими, или изверженными, горными породами. Пока лава остывает, минералы, содержащиеся в расплавленных породах, постепенно превращаются в твердые кристаллы. Если лава остывает быстро, кристаллы не успевают вырасти и остаются очень маленькими. Подобное происходит при образовании базальта. Иногда лава охлаждается столь быстро, что из нее получается гладкая стеклообразная порода, вообще не содержащая кристаллов, такая, как обсидиан (вулканическое стекло). Подобное, как правило, случается при подводном извержении или когда маленькие частицы лавы выбрасываются из жерла вулкана высоко в холодный воздух.

Свидетельства минувшего

На иллюстрации: Эрозия и выветривание горных пород в каньонах Сидар-Брейкс, штат Юта, США. Эти каньоны образовались в результате эрозионного воздействия реки, проложившей свое русло через слои осадочных пород, "выдавленных" кверху движениями земной коры. Обнажившиеся горные склоны постепенно выветрились, и обломки пород образовали на них каменистые осыпи. Посреди этих осыпей торчат выступы все еще твердых скал, которые и образуют края каньонов.

Размеры кристаллов, содержащихся в вулканических породах, позволяют нам судить, насколько быстро остывала лава и на каком расстоянии от поверхности Земли она залегала. Перед вами кусок гранита, как он выглядит в поляризованном свете под микроскопом. Различные кристаллы имеют на этом изображении различный цвет.

Гнейс - метаморфическая горная порода, образовавшаяся из осадочной породы под воздействием тепла и давления. Рисунок из разноцветных полос, которые вы видите на этом куске гнейса, позволяет определить направление, в котором земная кора, двигаясь, давила на слои горных пород. Так мы получаем представление о событиях, происходивших 3,5 млрд лет тому назад.
 
По складкам и разломам (разрывам) в горных породах мы можем судить, в каком направлении действовали колоссальные напряжения в земной коре в давно минувшие геологические эпохи. Эти складки возникли в результате горообразующих движений земной коры, начавшихся 26 млн лет назад. В этих местах чудовищные силы сдавили слои осадочных горных пород - и образовались складки.
 
Магма далеко не всегда достигает поверхности Земли. Она может задерживаться в нижних слоях земной коры и тогда остывает гораздо медленнее, образуя восхитительные крупные кристаллы. Именно так возникает гранит. Величина кристаллов в некоторых голышах позволяет установить, каким образом много миллионов лет назад сформировалась данная порода.
 
Осадочные "бутерброды"

Не все горные породы похожи на вулканические, такие, как гранит или базальт. Многие из них состоят из множества слоев и похожи на огромную стопку бутербродов. Они образовались когда-то из разрушенных ветром, дождями и реками других горных пород, обломки которых смыло в озера или моря, и они осели на дне под толщей воды. Постепенно таких осадков скапливается огромное количество. Они нагромождаются друг на друга, образуя слои толщиной в сотни и даже тысячи метров. Вода озера или моря давит на эти отложения с колоссальной силой. Находящаяся внутри них вода выдавливается, и они спрессовываются в плотную массу. В то же время минеральные вещества, прежде растворенные в выдавливаемой воде, как бы цементируют всю эту массу, и в итоге из нее формируется новая горная порода, которую называют осадочной.
 
И вулканические, и осадочные породы могут под воздействием движений земной коры выталкиваться кверху, образуя новые горные системы. В образовании гор участвуют колоссальные силы. Под их воздействием горные породы либо очень сильно нагреваются, либо чудовищно сжимаются. При этом они преобразовываются - трансформируются: один минерал может превратиться в другой, кристаллы расплющиваются и принимают иное расположение. В результате па месте одной горной породы возникает другая. Горные породы, сформировавшиеся при трансформации других горных пород под воздействием вышеупомянутых сил, называются метаморфическими.

Ничто не вечно, даже горы

На иллюстрации: Худуз, провинция Альберта, Канада. Дожди и песчаные бури разрушают мягкие горные породы быстрее, чем твердые, и в результате возникают останцы (выступы) с причудливыми очертаниями.

На первый взгляд ничего не может быть прочнее и долговечнее, чем огромная гора. Увы, это всего-навсего иллюзия. Если основываться на геологической шкале времени, где счет идет на миллионы и даже сотни миллионов лет, то горы оказываются столь же преходящим, как и все остальное, включая нас с вами.
 
Любая горная порода, как только начнет подвергаться воздействию атмосферы, моментально будет разрушаться. Если вы взглянете на свежий обломок скалы или расколотый голыш, то увидите, что вновь образовавшаяся поверхность породы зачастую совсем иного цвета, чем старая, долго пробывшая па воздухе. Это объясняется воздействием кислорода, содержащегося в атмосфере, а во многих случаях - и дождевой воды. Из-за них на поверхности горной породы происходят различные химические реакции, постепенно изменяющие ее свойства.
 
Со временем эти реакции приводят к высвобождению минералов, скрепляющих породу, и она начинает рассыпаться. В породе образуются крохотные трещинки, в которые проникает вода. Замерзая, эта вода расширяется и разрывает породу изнутри. Когда лед растает, такая порода попросту развалится на куски. Очень скоро отвалившиеся куски породы смоют дожди. Этот процесс называется эрозией.

Вода-разрушитель

На иллюстрации: Ледник Мюир на Аляске. Разрушительное воздействие ледника и камней, вмерзших в него снизу и с боков, постепенно вызывает эрозию стен и дна долины, по которой он движется. В результате на льду образуются длинные полосы обломков горных пород - так называемые морены. При слиянии двух соседних ледников соединяются и их морены.

Куски разрушенной породы в конечном итоге попадают в реки. Течение тащит их по речному руслу и стачивает ими породу, которая образует само русло, пока уцелевшие обломки не найдут наконец тихое пристанище на дне озера или моря. Замерзшая вода (лед) обладает еще большей разрушительной силой. Ледники и ледниковые покровы волокут за собой множество крупных и мелких обломков горных пород, вмерзших в их ледяные бока и брюха. Эти обломки проделывают глубокие борозды в породах, по которым движутся ледники. Ледник может переносить обломки скал, упавшие на него сверху, на многие сотни километров.

Скульптуры, созданные ветром

Ветер тоже разрушает горные породы. Особенно часто такое случается в пустынях, где ветер переносит миллионы мельчайших песчинок. Песчинки большей частью состоят из кварца, чрезвычайно прочного минерала. Вихрь песчинок ударяется о скалы, выбивая из них все новые и новые песчинки.
 
Часто ветер нагромождает песок в большие песчаные холмы, или дюны. Каждый порыв ветра наносит на дюны новый слой песчинок. Расположение склонов и крутизна этих песчаных холмов позволяют судить о направлении и силе ветра, их создавшего.


Горные породы - как бы своеобразная книга, где записана вся история Земли. Однако, если продолжить сравнение, книга эта разорвана на отдельные страницы, и прежде, чем прочесть ее, надо собрать их и расположить в правильном порядке. Чаще старые горные породы залегают внизу, а молодые вверху. Но это не значит, что та или иная порода вечно занимает одно и то же положение.

Несогласное залегание горных пород позволяет 'прочесть' их историю. Так, известняк, сформировавшийся в каменноугольный период (карбон), залегает поверх силурийских горных пород, которые сперва под воздействием движений земной коры были смяты в складки, а затем подверглись эрозии. В итоге образовалась плоская поверхность, на которой начал формироваться слой известняка. При таком несогласном залегании горные породы, располагающиеся сверху, - самые молодые

Колоссальные силы, которые создают новые горные цепи, могут также смещать горные породы, деформировать их и даже вовсе разрушать. Иногда складки горных пород разламываются или наползают одна на другую, и самые древние породы, располагавшиеся прежде внизу, оказываются у самой поверхности.
 
Кроме того, обломки разрушающейся породы могут скатываться по горным склонам. Тогда старые и молодые породы перемешиваются. В других случаях вулканические горные породы, поднимаясь из нижних слоев земной коры, пробиваются на поверхность сквозь более молодые породы. Если какая-нибудь вулканическая порода продавливает сразу несколько слоев других горных пород, это означает, что она сформировалась позже.
 
Ну и, разумеется, горные породы постоянно разрушаются из-за эрозии. При этом возникают причудливые конфигурации, когда старые породы оказываются в окружении более молодых. Это происходит, скажем, при выветривании верхушки горной складки: более древняя порода, скрытая дотоле в середине складки, обнажается. На поверхность породы, подвергшейся эрозии, могут наноситься новые слои осадочных пород.
 
Нумеруя страницы

Чтобы восстановить подлинную картину истории Земли, нужны некие подсказки, позволяющие установить, в каком порядке возникали те или иные горные породы. Отличными подсказками служат окаменелости - ископаемые останки растений и животных, сохранившиеся в толщах горных пород. За многие миллионы лет климат на Земле неоднократно менялся, а вместе с ним менялись растения и животные, населявшие нашу планету.

Чтобы восстановить подлинную картину истории Земли, нужны некие подсказки, позволяющие установить, в каком порядке возникали те или иные горные породы. Отличными подсказками служат окаменелости - ископаемые останки растений и животных, сохранившиеся в толщах горных пород. За многие миллионы лет климат на Земле неоднократно менялся, а вместе с ним менялись растения и животные, населявшие нашу планету.

Особенно хорошие подсказки - останки животных, у которых при жизни были твердые панцири. Подсказки для более поздних пород - останки позвоночных, то есть животных, имеющих спинной хребет. Твердые части тел животных сохраняются в ископаемом виде гораздо чаще, чем мягкие ткани. Самый распространенный тип окаменелостей - моллюски и ракообразные. Однако твердые панцири встречаются иногда и у крохотных одноклеточных животных, которых можно разглядеть только под микроскопом. Горные породы, содержащие останки одних и тех же животных, по всей видимости, сформировались примерно в одно и то же время.
 
Горные породы со встроенными часами

Окаменелости встречаются лишь в осадочных породах. Для других типов горных пород необходимо подыскать иные подсказки. Так, возраст вулканических (изверженных) пород можно определить при помощи радиоизотопного метода.
 
Простейшие химические вещества в природе - химические элементы. Например, железо - химический элемент, как и кислород. Эти вещества состоят из атомов только одного вида. Однако некоторые элементы отличаются природной нестабильностью. Их атомы (так называемые исходные атомы) могут расщепляться (распадаться), образуя атомы другого вида (дочерние атомы). При этом выделяются радиоактивные частицы. Подобные нестабильные формы называются радиоизотопами.

Радиоизотопы распадаются за строго определенный промежуток времени. У каждого типа радиоизотопов собственная, только ему присущая скорость распада. Если вам известна скорость распада данного радиоизотопа, а также соотношение между числом дочерних и исходных изотопов в исследуемой горной породе, то вы сможете определить время, за которое этот радиоизотоп распадался. Это время и будет возрастом данной вулканической породы.
 
К сожалению, радиоизотопный метод невозможно применить для определения возраста осадочных пород: удастся определить лишь возраст образующих их минералов, точнее, тех из них, что содержат радиоизотопы. Однако сами эти минералы когда-то входили в состав более древних горных пород, которые давно разрушились, а уже из их обломков сформировались осадочные породы.

Древний магнетизм

У Земли есть расплавленное (жидкое) ядро, богатое железом. Как известно, наша планета вращается вокруг своей оси (воображаемой линии, проведенной между Северным и Южным полюсами). Благодаря этому она обладает свойствами гигантского магнита. Северный и южный полюса этого магнита не совсем совпадают с местоположением Северного и Южного полюсов Земли. По неким причинам, которые нам пока не до конца ясны, магнитные полюса нашей планеты за всю ее длительную историю периодически менялись местами.
 
Некоторые вулканические породы включают в себя минералы с высоким содержанием железа, играющие роль своего рода миниатюрных магнитных ориентиров. Прежде чем такие горные породы остыли и затвердели, вышеупомянутые минералы, как и полагается магнитам, выстраивались в них в соответствии с расположением северного и южного магнитных полюсов Земли. Однако в далекие времена эти полюса находились совсем не там, где они сейчас. Ученым удалось определить местоположение магнитных полюсов Земли в различные геологические эпохи, и теперь по расположению крохотных магнитов-ориентиров мы иногда можем установить возраст конкретной породы.
 
На иллюстрации: Ископаемый семенной папоротник из древних каменноугольных болот. Семенные папоротники произрастали только в теплом климате. Чтобы мягкие растительные ткани сохранились в ископаемом виде, они должны были быть погребены в породе сразу после гибели растения. Данная порода - глинистый сланец, образовавшийся из отложений ила. Значит, когда-то на этом месте был теплый заболоченный лес и осадочные породы формировались очень быстро.

Каков возраст нашей Земли?

Возраст самых древних горных пород, существующих ныне на Земле, по определению ученых - чуть меньше 4 млрд лет. Однако к тому времени, как эти породы сформировались, первые горные породы, возникшие на нашей планете, уже разрушились, и их обломки послужили строительным материалом для новых осадочных пород. Так что мы, к сожалению, не можем установить истинный возраст Земли на основе изучения горных пород, сохранившихся до наших дней.
 
Тем не менее ученые придерживаются той точки зрения, что Земля, Луна и метеориты, периодически падающие на Землю, образовались примерно в одно и то же время. Метеориты - это обломки горных пород, прилетающие к нам из космического пространства и, стало быть, не претерпевшие каких-либо серьезных изменений со времени своего возникновения. Их возраст, по определению ученых, 4,6 млрд лет. Возраст самых древних горных пород на Луне также около 4,6 млрд лет, так что Земля, по всей вероятности, возникла столь же давно.


Читая каменную летопись в надежде узнать как можно больше о прошлом Земли, вы вскоре обнаружите поразительные вещи. К примеру, на юге Англии существуют залежи песчаника, которые могли образоваться лишь в условиях жаркой пустынной местности. В Антарктиде были найдены ископаемые останки тропических папоротников, а в Африке обнаружены следы ледникового покрова. Неужели в прежние времена климат настолько отличался от современного?
 
В различные геологические эпохи климат Земли претерпевал многочисленные изменения: в прошлом наш мир неоднократно становился то теплее, то холоднее. Было даже несколько так называемых эпох оледенения, когда с полюсов на обширные районы Земли надвигались гигантские ледники и целые континенты оказывались под ледниковым покровом. И тем не менее все эти климатические изменения не были столь драматичны, как можно предположить на основании приведенных выше примеров.
 
Истинное объяснение всех этих загадок еще парадоксальнее: оказывается, материки отнюдь не всегда находились там, где они сейчас. Африка когда-то располагалась в районе Северного полюса. Индия находилась поблизости от Африки, а затем начала перемещаться к северу через экватор, пока наконец не столкнулась с. Азией.

Гигантская головоломка

На иллюстрации: Материки дрейфуют оттого, что они покоятся на гигантских плитах, образующих земную кору. Эти плиты постоянно, очень-очень медленно движутся: их увлекают за собой конвекционные течения, возникающие в мантии глубоко под ними. За миллионы лет материки обогнули весь земной шар, преодолевая на своем пути различные климатические зоны. Некоторые плиты по мер' формирования новых горных пород растут, наползая на соседние плиты или подлезая под них. Эти процессы, наряду с действием эрозионных сил, постоянно преобразуют очертания материков. Иногда материки сталкиваются друг с другом, образуя гигантские сверхматерики. В дальнейшем они раскалываются, вновь распадаясь на отдельные материки.

Внимательно приглядитесь к очертаниям западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки. Если бы не Атлантический океан, разделяющий оба материка, они идеально совместились бы друг с другом в единое целое, не так ли? Полее того, на обоих материках совпадают и типы горных пород, и их возраст, и даже направления, по которым в них шло складкообразование. Невероятное совпадение! Очевидно, некогда оба этих массива суши соединялись в единый огромный материк, а Атлантический океан образовался между ними позже.
 
Возможно, с того самого момента, когда земная кора окончательно остыла и образовала твердые материковые плиты, ее громадные куски принялись "бродить" по земному шару, увлекая за собой целые континенты. Подобные перемещения больших участков земной коры получили название "дрейф материков". Этот дрейф происходит крайне медленно: в лучшем случае его скорость составляет несколько сантиметров в год. Однако за многие миллионы лет данный процесс коренным образом изменил облик Земли. Временами материки сближались, образуя гигантские сверхматсрики, окруженные со всех сторон бескрайним океаном. Затем они вновь раскалывались на множество частей. При этом возникали новые моря и озера, острова и материки.

Саму идею, что материки могут путешествовать по земному шару, впервые в 1912 г. выдвинул немецкий ученый Альфред Вегенер. В поисках доказательств своей теории он обратился к надежным свидетелям - горным породам и окаменелостям, скрывающимся в их недрах.

Окаменевшие отпечатки

За многие миллионы лет истории Земли ее климат неоднократно менялся, горные хребты вырастали и обращались в пыль, а уровень моря то поднимался, то вновь опускался. Одним видам растений и животных удавалось приспособиться к этим изменениям, другие вымирали. Их место со временем занимали новые биологические виды, лучше приспособленные к новым жизненным условиям, чем их предшественники.
 
На разных материках эти процессы протекали по-разному, а новым растениям и животным было не так просто перебираться через океаны, разделявшие материки. Поэтому на каждом материке или острове возникали собственные флора и фауна, которые впоследствии вымирали, если условия жизни резко менялись, и уступали место новым видам. Останки некоторых древних существ сохранились до наших дней в виде окаменелостей и по сей день пребывают в горных породах, ожидая своих исследователей.
 
Вегепер обратил внимание на то, что ископаемые останки древней пресноводной рептилии мезозавра и сухопутной рептилии ципогната были найдены только в горных породах Южной Африки и Бразилии и больше нигде в мире. Более того, останки бегемотоподобного существа, прозванного листрозавром, встречаются в горных породах Африки, Индии и Антарктиды, а окаменевшие семенные папоротники-^лоссо-птерисы находили на всех южных материках, но только нс на северных. У всех этих загадок есть лишь одно разумное объяснение: в ту эпоху, когда образовались эти окаменелости, все южные материки были объединены в один огромный сверхматерик (его назвали Гондваной), покрытый теплыми и влажными лесами.
 
Современные загадки
 
Дрейфом материков можно объяснить и странное на первый взгляд распределение по земному шару некоторых видов современных нам животных. К примеру, остров Мадагаскар, расположенный у восточного побережья Африки, знаменит своими лемурами. Эти небольшие обезьяноподобные животные, как полагают, во многом схожи с примитивными обезьянами, широко распространенными на Земле примерно 50 млн лет назад. В материковой Африке лемуры не встречаются. Судя по всему, Мадагаскар оказался отрезанным от остальной Африки еще до того, как там появились современные обезьяны. На материке они, как более высокоорганизованные животные, лучше приспособились к условиям добывания пищи и выживания, чем жившие рядом лемуры. В итоге лемуры не выдержали жесткой конкуренции и вымерли.

Текучие горные породы
 
Земная кора состоит из ряда громадных устойчивых блоков горных пород, именуемых тектоническими плитами. Горные породы, образующие мантию (часть Земли, расположенную непосредственно под земной корой), по мере приближения к центру Земли раскаляются все больше и больше, пока не становятся вязкими, как пластилин. При дальнейшем нагревании они попросту расплавляются. Более легкие плиты земной коры, в сущности, плавают по поверхности жидких горных пород, находящихся в мантии прямо под ними.
 

Когда жидкость нагревается, она становится менее плотной, поэтому теплая жидкость всегда поднимается на поверхность, вытесняя более холодную. Холодная жидкость, в свою очередь, опускается, чтобы занять освободившееся место. То же самое происходит и в мантии. Горячие породы поднимаются на поверхность, затем растекаются во все стороны и, охладившись, опускаются обратно в нижние слои. Подобные перемещения горных пород в мантии называют конвекционными течениями. Они переносят с собой и плиты земной коры, плавающие на поверхности мантии. Поднимаясь кверху, горные породы, образующие мантию, в любой момент готовы вырваться наружу - стоит им лишь "нащупать" слабое место в земной коре.

Гавайские острова - составная часть длинной цепи действующих и потухших вулканов, поднимающихся со дна Тихого океана. Эта цепь тянется к северо-востоку на 6500 км вплоть до атолла Мидуэй. Самые северные из этих вулканов сильно разрушились и превратились в подводные горы. Чем дальше к северу, тем больше возраст Гавайских островов. Самые древние из них образовались свыше 65 млн лет назад. Лишь вулканы, расположенные на острове Гавайи, все еще действующие. В 1963 г. канадский геолог Томас Уилсон предположил, что эти острова возникли над "горячим местом", где расплавленные горные породы из недр Земли поднялись к самой ее поверхности. Океанское дно медленно движется над этим "горячим местом". По мере его движения образуются новые вулканы, подобно "огненному фонтану" на Гавайях (внизу), а старые вулканы, когда их уносит прочь от "горячего места", потухают.

Постоянно расширяющееся океанское дно

По дну океанов протянулись гигантские подводные горные цепи. Их называют срединно-океаническими хребтами. Образовались они в результате подводной вулканической деятельности и из-за прочих трещин в океанском дне, через которые изливается расплавленная лава. В некоторых местах подводные горы поднимаются так высоко, что их вершины образуют целые острова. Примером тому может служить Исландия. Здесь вулканы по-прежнему остаются действующими, более того, время от времени тут возникают новые вулканы.
 
Если вы измерите возраст горных пород по обе стороны этих линий вулканической активности, то обнаружите, что, чем дальше от подводного хребта, тем породы все более и более старые. Значит, океанское дно постоянно обновляется вдоль зоны, примыкающей к этим хребтам. В ходе этого процесса примыкающие горные породы подвергаются чудовищным нагрузкам и в конечном итоге разрываются, образуя крайне неровный подводный пейзаж.

До того как древний сверхматерик Пангея начал раскалываться на части, все материки собрались в один гигантский массив в южном полушарии. Об этом свидетельствуют сходные типы горных пород и содержащиеся в них окаменелости, встречающиеся на современных материках. Поскольку такие рептилии, как листрозавр, циногнат и пресноводный мезозавр, а также растения вроде глоссоптериса никак не могли самостоятельно пересечь океан, объяснить присутствие их ископаемых останков на разных материках можно лишь тем, что эти материки когда-то были соединены друг с другом.

Раскалывающиеся материки

Похожие структуры встречаются в некоторых местах и на суше. К примеру, Восточно-Африканская зона разломов, протянувшаяся с севера на юг от Красного моря через всю Восточную Африку, также представляет собой зону, где земная кора расширяется. Поэтому в Восточной Африке тоже есть вулканы и застывшие потоки лавы. Северо-восточный уголок Африки постепенно откалывается от остальной части материка. По срединно-океаническим хребтам и рифтовым поясам можно наглядно увидеть, как движутся материки.

Поднимающиеся горы и опускающееся дно

Если плиты земной коры, расположенные вдоль срединно-океанических хребтов и рифтовых поясов, постоянно расширяются, значит, им становится тесно? Стало быть, они обязательно столкнутся с другими плитами?
 
В некоторых местах плиты в самом деле подползают одна под другую. Колоссальное давление, возникающее в местах подобного столкновения двух плит, часто выталкивает с морского дна осадочные породы, и возникают гигантские горные цепи. К примеру, Гималаи и в наши дни все еще поднимаются кверху - по мере того как громадная плита, несущая на себе Индию (и Австралию), напирает на Евро-Азиатскую плиту.
 
Исчезающие горные породы

Формирование новых горных пород и разрушение старых не прекращается ни на минуту. Как только горные цепи начинают подниматься над землей, они сразу же попадают под гибельное воздействие эрозии. Дождевая вода, обладающая слабой кислотностью, растворяет некоторые минералы, ослабляя тем самым скрепляемые ими породы. Вода просачивается в трещины и щели, замерзает там и, расширяясь, разламывает породу. Под жаркими лучами солнца поверхностные слои породы расширяются и отслаиваются. Отколовшиеся частицы породы смываются дождями, ручьями и реками или же вмерзают в дно ледников, а затем, влекомыс их движением, выбивают из породы новые куски.
 
В конце концов горная порода полностью разрушается и превращается в песок и ил. Реки или ледники уносят их в моря и океаны, где они погружаются на дно, образуя толстые слои осадочных отложений. Спустя миллионы лет эти отложения преобразуются в новые горные породы, которые однажды поднимутся с океанского дна и образуют новые горные цепи.
 
Новые горные породы также выплескиваются из недр Земли в виде лавы через жерла вулканов и прочие трещины в земной коре. В тех местах, где лава выходит на поверхность вдоль срединно-океанических хребтов, формируется новая земная кора. При столкновении двух плит земной коры одна из них подлезает под другую, и образующие ее горные породы со временем поглощаются породами мантии, кипящими под ней. В свою очередь, горные породы могут из мантии подниматься на поверхность в виде расплавленной магмы и способствовать образованию новой коры. Это постоянное обновление земной коры иногда называют кругообращением пород.
 
Материки и климат

Постоянное изменение соотношения между сушей и морем, в свою очередь, существенно воздействует на климат. Ведь суша нагревается и охлаждается быстрее, чем вода. Поэтому в центре обширных массивов суши может царить страшная жара или, наоборот, жуткий холод. Это влияет на атмосферное давление над их поверхностью, а стало быть, и на весь климат нашей планеты.
 
В современную эпоху Северный полюс находится посреди замерзшего океана, со всех сторон окруженного сушей. Океанические течения несут с собой теплую воду с экватора вдоль восточных берегов Северной Америки и Азии прямо в Арктику. А вот в южном полушарии все наоборот: Южный полюс очутился точно в центре Антарктиды, окруженной океаном. В результате океанические течения раз за разом огибают этот материк, и там круглый год необычайно холодно.

Море наступает и отступает

По мере того как климат на Земле меняется, а полярные льды то расширяются, то вновь отступают, уровень моря также существенно колеблется. Когда уровень моря понижается, между материками возникают сухопутные "мосты" - вроде того, который ныне соединяет Северную и Южную Америку. Когда же уровень моря повышается, эти мосты скрываются под водой и образуются новые острова. Во времена последнего ледникового периода Британские острова соединялись с материковой Европой. А когда льды растаяли, уровень моря повысился, и па месте былой суши возникли Ирландское море и пролив Ла-Манш.

Земная кора состоит из ряда огромных плит, очень медленно перемещающихся по земному шару. В так называемых субдуктивных зонах, где две плиты движутся друг относительно друга, эти плиты могут коробиться по краям либо одна из них может подлезать под другую. В зонах срединно-океанических хребтов плиты, напротив, отодвигаются одна от другой. За время, пока расплавленные горные породы выходят на поверхность и затвердевают, там образуется новая земная кора.

1 Конвекционные течения в мантии. Горные породы, образующие мантию Земли, очень горячие и находятся под колоссальным давлением. От этого они становятся похожими на очень густой сироп, то есть приобретают текучесть. Поднимаясь к поверхности Земли, горячие горные породы постепенно охлаждаются и начинают двигаться обратно в нижние слои. Если в тех местах, где горячие породы поднимаются к поверхности, земная кора недостаточно прочна - они продавливают ее, образуя срединно-океанические хребты, рифтовые пояса и цепи вулканических островов. Подобные конвекционные течения - главная движущая сила, вызывающая перемещение плит земной коры.
 
2 Срединно-океанические хребты. Срединно-океанические хребты образуют гигантскую подводную горную систему длиной свыше 65 000 км и шириной до 5000 км. В некоторых местах они поднимаются с морского дна на высоту до 3500 м. Иногда вершины этих хребтов выступают над поверхностью океана, образуя вулканические острова.
 
Пример такого острова - Исландия. Вдоль этих хребтов горячие расплавленные породы постоянно изливаются и, затвердевая, образуют новую земную кору. Новые горные породы, формируясь вдоль хребтов, оттесняют породы, возникшие раньше, все дальше и дальше от хребта. Постепенно плиты земной коры разрастаются и начинают напирать на соседние плиты. Этот процесс называют расширением морского дна.

3 Исчезающие горные породы. Новообразованные горные породы, отодвигаясь все дальше и дальше от срединно-океанического хребта, покрываются осадочным слоем, образующимся в результате эрозии самого хребта.
 
4 Столкновение двух плит земной коры. В данном случае одна плита земной коры подлезает под край соседней плиты. Чудовищные силы, вызывающие подобные процессы, часто служат причиной разрушительных землетрясений.
 
5, б Вулканические горы. Горные породы, образующие одну плиту, вталкиваясь глубоко под другую (на глубину до 100 и более км), все больше раскаляются и подвергаются колоссальному давлению. В результате они размягчаются и в конце концов становятся вязкими и текучими: превращаются в магму. Эта магма устремляется вверх через слабые участки земной коры к поверхности Земли, образуя вулканы. Северная часть Тихоокеанского бассейна изобилует действующими вулканами (а также и землетрясениями), что объясняется постоянным давлением разрастающейся Тихоокеанской плиты.
 
7 Новые горные складчатости. Колоссальные напряжения, возникающие в местах столкновения двух плит, вполне достаточны для того, чтобы смять гигантскую толщу осадочных пород и вытолкнуть образовавшуюся складку вверх, создавая тем самым новые горные системы.
 
8 Острова. Горные складки меньших размеров, возникающие на морском дне, приводят к образованию цепей островов.
 
9, 10 Глубоководные впадины. Если плита земной коры, несущая на себе часть океанского дна, "заталкивается" под соседнюю плиту, то образуется глубокая океаническая впадина, или желоб. Подобные впадины могут достигать от 8 до 11 километров в глубину и тысяч километров в длину. К примеру, глубина Марианской впадины в Тихом океане превышает 11 км.

11, 12 Островные дуги. Магма может подниматься к поверхности Земли из так называемых "горячих мест" в мантии, образуя вулканические острова. По мере того как плиты земной коры медленно "проплывают" над таким "горячим местом", старые вулканы потухают и возникают новые. Это приводит к появлению длинной цепи вулканических островов. Некоторые из таких островов со временем могут разрушиться, и на их месте остаются подводные горы, по-английски 'именуемые "симаунтс".