Иссушение климата, захватившее мезозой (230–137 млн лет назад), привело к вымиранию папоротниковых, давших огромные толщи каменного угля, развитию различных форм голосеменных и появлению покрытосеменных растений (цветковых). Последние и оказались победителями в конечном счете: в наше время среди 500 тыс. существующих видов растений насчитывается более половины цветковых (300 тыс. видов). Появление цветковых растений, по мнению ряда ботаников, считается одним из важнейших этапов эволюции жизни на Земле. Время их массового развития — середина мелового периода — иногда называют началом новой эры в жизни нашей планеты. В чем же заключаются преимущества покрытосеменных с точки зрения функциональной? Это прежде всего интенсификация главной функции — фотосинтеза и, следовательно, быстрый рост и развитие. Они успевают завершить жизненный цикл в коротких благоприятных условиях ранней весны в пустыне и позднего лета в приарктической тундре. Основу этого прогресса составляет высокоразвитая система транспорта необходимых неорганических веществ от корней к листьям и раствора глюкозы от листьев к корням.
Не следует забывать и еще об одном преимуществе покрытосеменных (оно связано с самим названием), а именно об образовании семян, хорошо приспособленных к сохранению и распространению в разнообразных, подчас суровых условиях земной поверхности.
Заслуживает отдельного упоминания еще одна особенность цветковых растений, сумевших глубоко вписаться в круговорот: имеется в виду привлечение насекомых для опыления цветов. Это было выгодно по крайней мере в двух направлениях. Во-первых, перекрестное опыление и увеличение пластичности потомства, а во-вторых, уменьшение трат на выработку генеративных клеток (пыльцы) по сравнению, например, с использованием ненаправленных переносчиков (ветра) у других растений. Большую приспособленность цветковых хорошо продемонстрировали оледенения кайнозойской эры.
Палеонтологическая летопись истории животных известна лучше, чем для других таксонов, но следы царства животных в древних ископаемых остатках ранее 800 млн лет не обнаруживаются. Первые многоклеточные животные были исключительно морскими, так как растения еще не колонизировали сушу. Как мы знаем, для обеспечения энергией, прежде всего из-за слабой диффузии кислорода ,в воде, первичные животные должны были иметь хорошо развитые поверхности. Снабжение пищей было также одной из главных задач, поэтому необходимо было иметь отростки, способствующие перемещению либо самого животного в воде, либо воды относительно тела животного. Хорошим примером простых животных этого типа являются представители эдиакарской системы. Это мягкотелые морские беспозвоночные конца докембрийской эры и начала кембрия (670–550 млн лет назад). Вначале они были найдены в холмах Эдиакара в Австралии, а затем — на всех пяти континентах. В нашей стране детальное изучение ископаемых остатков этих животных проведено академиком Б. С. Соколовым [1984].
Для организмов этого типа характерны медузоподобные плавающие формы либо прикрепленные колониальные формы типа морских перьев; имелись и морские черви, и беспанцирные членистоногие животные. Все они получали кислород из окружающей среды, поглощая его через эпителий. Это и ограничивало возможности их развития по энергетике. Может быть, расцвет их связан с тем, что хищных форм в то время не могло существовать все по тем же причинам: давление кислорода, около 7% от современного содержания в атмосфере, было недостаточным для развития активного, а потому и энергоемкого хищничества.
Поэтому активное снабжение кислородом было одной из главных задач эволюции в этой ветви круговорота, к ней же примыкают и развитие органов движения, и совершенствование скелета. Все это и приводило к разделению функций и специализации органов. Первые позвоночные, так называемые щитковые, появились около 450 млн лет назад. Дальнейшая специализация к плаванию и активному захвату пищи привела к развитию вначале бесчелюстных, а затем и челюстноротых рыб. В связи с развитием растительности в пересыхающих мелких водоемах появились и двоякодышащие рыбы. От них — прямой путь к амфибиям, а следовательно, и дорога на сушу.
Многие из первых амфибий были довольно крупными и занимали местообитания на суше и на мелководьях, среди них — и растительноядные, и хищники. Но они были тесно связаны с водой, где происходило их размножение. В карбоне (300 млн лет назад) появляются первые пресмыкающиеся, и можно считать, что суша окончательно «завоевана» жизнью. Рептилии, имеющие сухие прочные покровы, откладывающие яйца, покрытые твердой скорлупой с запасом питательных веществ, сделались независимыми от воды. В это же время жизнь начинает осваивать и воздушный бассейн, развиваются древнейшие группы беспозвоночных — насекомые, среди которых значительная доля — летающие.
Рептилии, вытеснившие своих предшественников — амфибий, дали много различных форм и долгое время были господствующей группой, освоившей воду, сушу и воздух. Только похолодания климата привели в кайнозое к расцвету теплокровных млекопитающих и птиц, а также насекомых. Кстати, по энергетике насекомые практически не уступают гомойотермным животным.
Оледенения кайнозоя приводили к неоднократному изменению видов, составляющих экосистемы каждого периода, однако в целом сложившийся тип биотического круговорота сохранился до нашего времени.
Отметим, какие магистральные направления развития животных имели место в макроэволюции.
1. Развитие многоклеточности и большая специализация функций различных органов многоклеточного организма; особо выделим развитие органов дыхания.
2. Повышение энергетической активности и подвижности и параллельное развитие опорной системы (наружный скелет у членистоногих и внутренний — у позвоночных) .
3. Совершенствование способности к терморегуляции, завершившееся развитием гомойотермии, что позволило теплокровным животным активно развиваться в условиях похолодания и распространиться в холодные зоны.
4. Развитие центральной нервной системы с основным регулирующим центром — мозгом.
5. Появление социальности в ряде ветвей древа животных, что привело в конечном счете к развитию социальной формы движения материи, относящейся лишь к одной из ветвей приматов — человеку.
Последние два пункта тесно связаны с информационным аспектом эволюции жизни, и мы их рассмотрим отдельно в следующем параграфе. Из первых трех пунктов, имеющих функционально-морфологическое значение, наиболее тесно связанным с энергетикой является третий. Он же и наиболее дискуссионный в оценках с различных точек зрения. Например, даже современная термодинамика открытых систем «не разрешила» бы появление и существование избыточного теплорассеяния при гомойотермии, если бы последняя не появилась раньше самой термодинамики. Возникновение гомойотермии — очевидное преимущество с точки зрения энергетики. Конкретные шаги становления теплокровности в эволюции остаются неизвестными. По-видимому, этот процесс во времени носил взрывообразный характер, так как медленное, постепенное развитие его натыкается на ряд запретов.
В эволюции животных очень важным оказалось развитие информационно-управляющих структур. По типу функционирования или, точнее, по месту организма в цепи питания его можно отнести к одному из четырех уровней [Шмальгаузен, 1946 (с добавлениями по энергетике)].
1. Нижний уровень занят организмами с наименьшими адаптивными способностями, у которых единственный способ защиты от хищников — это увеличение скорости размножения. Он характерен для одноклеточных и имеет корни в совершенной биохимии прокариот.
2. Следующий уровень образуют организмы с пассивными способами защиты. Это животные с прочными покровами типа специальных домиков или высшие растения, имеющие биохимическую защиту либо колючки.
3. На третьем уровне — способные к активному перемещению животные, животные-жертвы, спасающиеся от агрессоров благодаря способности к быстрому перемещению (и к активному восприятию и переработке информации).
4. Вершина занята животными, которые сами являются хищниками. На третьем и четвертом уровне очень многое зависит от индивидуальных способностей отдельных животных. Здесь элиминация в отличие от первых двух уровней становится высокоизбирательной. Она очень сильно зависит от адаптационных возможностей каждого отдельного организма, от его умения воспринимать информацию об окружающем мире и быстро реагировать в конкретных ситуациях. Отбор на этих уровнях связан с повышением адаптивности систем.
Что же такое адаптация? Этот термин очень емкий, его можно считать универсальным свойством живого, для организма он означает процесс непрерывного приспособления к меняющимся условиям среды. Сформированные в эволюции генетические программы обеспечивают адаптацию к постоянно действующим факторам среды, основываясь на биохимическом потенциале. Однако реакции, организуемые на основе этих программ, недостаточно гибки, и в эволюции отобрались более или менее универсальные механизмы, регулирующие их работу. Информационный аспект здесь более важен.
Коротко рассмотрим эволюционное развитие цепи обратной связи в одной из главных информационно-управляющих систем: рецептор — глаз; переносчики и переработчики информации—нервная система и мозг; исполнитель — мышца.
На примере развития глаза можно хорошо видеть, как функция «диктовала» свои условия совершенствованию структуры. С позиций только морфофизиологического подхода объяснение существования такого органа высокой степени сложности казалось очень непростым даже самому основателю дарвинизма. В одном из разделов книги «Происхождение видов...» (глава «Затруднения, встречаемые теорией») он писал:
«Предположение, что глаз со всеми его неподражаемыми приспособлениями для изменения фокусного расстояния по мере удаления предмета, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию мог быть выработан естественным отбором, может показаться, сознаюсь в том откровенно, в высшей степени нелепым». Действительно, великолепное совершенство глаза (а электронная микроскопия в последнее время подтвердила это и для молекулярных структур) интуитивно связывается с его созданием по какому-то специальному предопределению. Тем более, что в живой природе глаз возникал неоднократно! Создается впечатление, что он был запланирован, предопределен ранее (может быть, чтобы жизнь могла увидеть самое себя?!).