Отсчет времени жизни Глобальными биологическими часами
В теории диссипативных структур (живых систем) физика пришла к парадоксальному выводу, что время, как реальность, находится не в природе, что нас окружает, а в нас самих [14], [25]. Как видно, в рамках этой теории исследователи возвратились к взглядам В.И. Вернадского, что происхождение времени скрыто в уникальном своеобразии и особенностях самой жизни [7]. Согласно В.И. Вернадскому до возникновения биосферы отсчет времени вообще не ведется. Самозарождение жизни на Земле определило начальный момент отсчета времени [8]. Последнее и есть тем единственно реальным временем во всех измерениях, которое ученый назвал “биологическим временем” [7].
В становлении биосферы первая роль в отсчете времени принадлежит прокариотам. Именно они за определенный период отвоевали безжизненную зону и подготовили почву для появления эукариотов. Эукариоты появились значительно позже во времени существования биосферы, сначала мирно уживаются с прокариотами, а потом начинают вытеснять их [42].
Проблема биологического времени – это прежде всего проблема биологических часов. Накопленные факты дают достаточное количество оснований утверждать, что живые системы любого уровня организации есть «машины», конструкция которых действительно создана для измерения времени [11, с.75]. Исследователи биологических часов пришли к единогласному выводу, что все живые системы существуют в собственном времени [3], [4], [35]. У всех эукариотов, начиная с простейших одноклеточных, и, заканчивая нами, людьми (эукариот многоклеточный наивысшего уровня организации), выявлены собственные спонтанные циркадианные (околосуточные) ритмы жизнедеятельности. Околосуточные ритмы (Cd) являются врожденными, жесткими, свободнотекущими, высокостабильными, а их длительность приближается к 24-часовому периоду обращения Земли. Для согласования собственной жизнедеятельности и поведения с чередованием дневных и ночных периодов, у эукариотов имееется механизм подстройки фазы [4]. У всех организмов, относящихся к эукариотам (растения и животные) средний Cd-период приближается к 24-х часовому. Но, у каждой, отдельно взятой особи, он может быть меньше или больше 24-х часов. Так, уже у простейших (амеба) он может быть гранично сокращенным до 16-ти часов, или растянутым до 30-ти часов и больше [11]. Подобный разброс (17 час≤Сd≤30 час) имеет место у разных представителей флоры и фауны [4]. Специальные исследования с искусственным чередованием световых и темновых периодов показывает, что у человека не удается вызвать околосуточный период, длительность которого была бы короче 17-ти часов [4]. В измененных условиях обитания (в подземных пещерах), наоборот, околосуточный период у человека растягивается до 30-ти часов и более [32]. Период Cd считается основным в жизнедеятельности оганизма, так как им измеряется собственное околосуточное время существования эукариотов [4]. Измерение времени собственного существования в Cd-периоде требует исключительной точности [35]. Это необходимо для того, чтобы клетки организма периодично и с высокой точностью переходили из одного крайнего физиологического состояния с преобладанием анаболических процессов, в противоположное, с преобладанием катаболических процессов. В случае нарушения точности измерения Cd некоторые физиологические функции в той или иной мере расстраиваются, что приводит к появлению неожиданных болезненных симптомов и гибели организма [4, с.15].
У прокариотов, хотя они появились раньше эукариотов, все исследователи биологических часов отмечают отсутствие околосуточных ритмов вообще [35].
Как известно, продолжительность периода суточного вращения Земли увеличивается в среднем на 0,0015с за 100 лет [43] и длительность суток, если ее выразить в принятых на сегодняшний день единицах времени (стандарт – секунда), в разные геологические эпохи была короче 24-х часов. В этом не трудно убедиться, используя результаты палеонтологических исследований [21], [29]. Доказано, что годичное количество суточных линий у кораллов среднедевонской эпохи составляет от 410 до 385. Отсюда легко получить диапазон зафиксированных околосуточных периодов 21,4 час≤Сd≤22,8 час. Иначе говоря, у среднего коралла среднедевонской эпохи околосуточный период Сd =22,1 час. Кораллы среднедевонской эпохи были вынуждены существовать в более коротких околосуточных периодах, что позволяло им подстраивать свою активность к чередованию света и темноты при более быстром вращении Земли вокруг собственной оси.
Исследователями биологических часов доказано, что самый короткий свободнотекущий околосуточный период Сd=16 час имеется лишь у простейших эукариотов (амеба). Исходя из этого факта, мы высказали предположение, что этим периодом зафиксирован тот отдаленный момент времени, когда суточная длительность вращения Земли равнялась 16 час. Для проверки предположения использовалось следующее отношение:
|
|
T = = 2,4 DCd ×108 лет (1),
где T – интервал времени удаленности от “нулевой” точки, за которую Международным сообществом условно принят 1950 год, а DCd – разница в длительности суток. Подставляя в уравнение DCd=24-16=8 час, легко получить T=1,9×109 лет. Согласно палеонтологическим данным это известная точка возраста формации Ганфлит, удаленность которой от “нулевой”сточки определена на геохронологической шкале и составляет 1,9±0,2·109 лет [22]. На таком интервале удаленности в слоях черного сланца найдены останки многих типов ископаемых организмов: одноклеточные и нитчатки [18, с.45]. Характерной особенностью этой точки является то, что поблизости от нее отмечена концентрация свободного кислорода в атмосфере. По последним данным найденные в черном сланце представители микрофлоры по своим свойствам могут быть отнесены к эукариотам [22]. Расчет, приведенный выше по минимальному Cd-периоду простейших убедительно доказывает, что именно этим периодом точно зафиксирован момент появления в биосфере Земли на интервале в 1,9·109 лет от “нулевой” точки организмов, которые уже имели четко структурированную клетку с ядром.
Вернадский В.И. [9] в своих исследованиях пришел к парадоксальному выводу: земная жизнь с момента возникновения всегда была в геохимическом отношении такой, какой мы ее видим сейчас. Живое вещество на протяжении всего времени существования имеет одну и ту же массу (~1018 г), а каждый химический элемент всегда осуществлял в нем именно тот тип кругооборота, что и теперь. Опираясь на учение Вернадского о биосфере и однородность фундаментальных процессов жизни на различных уровнях сложности, мы пришли к выводу, что живое вещество с самого начала своего возникновения существует в виде Глобальных биологических часов (ГБЧ) [41]. Эти часы оказались полностью согласованными с замедлением вращения Земли вокруг собственной оси на 0,0015с за 100 лет, начиная с момента образования земной коры (T~4,6·109 лет от “нулевой” точки). Если последоваельно уменьшать период нынешнего суточного вращения Земли в глубь ее истории на DCd=0,01 часа, то можно (формула 1) легко получить последовательный спектр интервалов удаленности от “нулевой” точки. Сравнивая его с известными скачками в биосфере на геохронологической шкале [16], [29], не трудно выделить ряд особых точек (точек сингулярности), которые находятся между собой в определенном числовом отношении. Последовательность таких особых точек сведена в таблицу (смотри таблицу 1). Прежде всего привлекает внимание точка T9=576·106 лет (DCd =2,4 год). Согласно палеонтологическим
Геохронологическая шкала в масштабе дискретного хода ГБЧ.
Таблица 1.
| № п/п | Разница в длительности суток от нулевой Точки (DCd) | Интервал времени удаленности (Т) от нулевой точки в годах | Кратность интервала с масштабомК | Фиксация скачка в биосфере | Примечания |
| 19,2 час | 4,608·109 | 8К | Возникновение жизни | Образование земной коры | |
| 16,8 час | 4,03·109 | 7К | Первые следы жизни | Образование океанов и материков | |
| 14,4 час | 3,456·109 | 6К | Появление первичных анаэробных прокариотов | ||
| 12 час | 2,88·109 | 5К | Увеличение анаэробных прокариотов | ||
| 9,6 час | 2,304·109 | 4К | Аеробный фотосинтез | ||
| 7,92 час | 1,9006·109 | 3,3К | Появление эукариотов? | Концентрация свободного кислорода в атмосфере | |
| 7,2 час | 1,728·109 | 3К | Увеличение разнообразия аэробных прокариотов. Следы эукариотов. | Образование Мегагеи | |
| 4,8 час | 1,152·109 | 2К | Вытеснение прокариотов эукариотами. Переход от ферментации к дыханию, половое размножение. | “Точка Пастера” | |
| 2,4 час | 576·106 | К | “Взрывообразное” начало скелетной революции | Первое большое вымирание (600·106 лет) | |
| 1,2 час | 288·106 | 1/2K | “Взрыв” фауны на суше. Резкое увеличение биомассы. Широкое распространение хребетных на суше. | ||
| 0,6 час | 144·106 | (1/2)2K | Появление первых наземных цветочных растений. Увеличение млекопитающих, птиц, насекомых. | ||
| 0,3 час | 72·106 | (1/2)3K | Начало удивительного “большого мезозойского вымирания”. Появление приматов? | Появление приматов отмечается интервалом 65·106 лет | |
| 9 мин | 36·106 | (1/2)4K | Первые человекообразные обезьяны-парапитеки | ||
| 4,5 мин | 18·106 | (1/2)5K | Появление дриопитека Кении | ||
| 2,25 мин | 9·106 | (1/2)6K | Выделение ветви гоминид | ||
| 1,125 мин | 4,5·106 | (1/2)7K | Появление древнейшего австралопитека | ||
| 33,75 с | 2,25·106 | (1/2)8K | Появление человека умелого | ||
| 16,87 с | 1,125·106 | (1/2)9K | Вымирание австралопитеков. Остается единственный представитель гоминид-человек прямой. | ||
| 8,44 с | 562,5·103 | (1/2)10K | Появление человека разумного | ||
| 4,22 с | 281,25·103 | (1/2)11K | ? | ||
| 2,11 с | 140,62·103 | (1/2)12K | ? | ||
| 1,05 с | 70,31·103 | (1/2)13K | ? | ||
| 0,53 с | 35,15·103 | (1/2)14K | Появление кроманьйонца |
данным именно ~576·106 лет от “нулевой” точки началась “взрывообразная” скелетная революция [16]. В ней происходит так называемая IV-я биохимическая революция, с нее начинается кембрийский период палеозойской эры, а на подходе к ней (~600·106 лет) зафиксировано начало первого большого вымирания [22]. Уникальная особенность этой точки (в дальнейшем К) состоит в том, что она делит историю развития жизни на Земле на “тусклый” докембрийский период и “яркий” посткембрийский период [21].
Необходимо подчеркнуть (таблица 1), что ГБЧ в докембрийском периоде отсчитывают время собственного существования по закону дискретного хода:
Tn = n·K (2),
где Tn – период времени от соответствующей особой точки на геохронологической шкале докембрия до “нулевой” точки, К = 576·106 лет, а n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
С cамого начала возникновения живого вещества (T1=8К~4,6·109 лет) ГБЧ дискретно измеряли свое время и точно отмечали скачки изменений в собственном механизме в соответствии с масштабом К. В докембрии часы непрерывно изменяли свой ход, сверяя его через каждые 2,4 часа замедления вращения Земли, как бы синхронизируя появление нового качества жизнедеятельности с удлинением интервалов длительности чередования света и темноты через точно дозированный К-период. Например, если в точке T3=6К (смотри таблицу 1) завершается формирование первичных анаэробных организмов, а в точке T4 =5К их количество резко увеличивается, то в точке T5=4К организмы уже используют аэробный фотосинтез. Только через 2,3·109 лет от начала возникновения жизни ГБЧ точно зафиксировали момент значимости солнечного света в жизнедеятельности организмов на уровне прокариотов, однако последние остались безразличными к смене интервалов длительности света и темноты в периоде суточного вращения Земли, о чем свидетельствует отсутствие у них околосуточных ритмов до сих пор.
Привлекают внимание в докембрии еще три точки. С дискретного масштаба К выпадает лишь точка T6=3,3К, в которой зафиксирован момент появления эукариотов. В точке T7=3К уже четко фиксируются следы эукариотов и они начинают вытеснять прокариотов. В точке T8=2К эукариоты переходят от ферментации к дыханию и к половому размножению. Это известная «точка Пастера»! [2]. Эукариоты, в отличие от прокариотов оказались зависимыми в своей жизнедеятельности от интервалов длительности чередования света и темноты, что привело к появлению собственного околосуточного ритма. Эта зависимость и стала одним из наиважнейших условий появления, увеличения и исчезновения различных форм жизни в биосфере [41].
Все известные скачки в биосфере, зафиксированные в особенных точках на геохронологической шкале посткембрия, размещаются в ином отношении:
T=(1/2)n·K (3),
где Т – период удаленности особенной точки от условного “нуля” (1950 год) на геохронологической шкале посткембрия, К=576·106 лет, а n=1, 2, 3, ... Так точка Т10 в в посткембрии удалена от “нулевой” точки на период 1/2K, точка Т11 – на период 1/4K, точка Т12 – на период 1/8К, и так далее (смотри таблицу 1). Как видно, с самого начала кембрийского периода ГБЧ перешли на ускоренный ход, дробя масштабную единицу (К) на более короткие дискретные промежутки для фиксации скачков в биосфере вплоть до последнего скачка (Т23=35·103 лет), в котором зафиксировано появление кроманьйонца. Нами специально не рассматривалось (таблица 1) появление и исчезновение других групп млекопитающих. Начиная с точки T13=1/16K (36·106 лет), поблизости которой зафиксировано появление парапитека, дальнейшее сравнение палеонтологических данных с расчетными показывает, что моменты появления дриопитека Кении, отделении ветви гоминид, появление австралопитека, “человек умелого”, “человека прямого” и “человека разумного” точно соответсвуют моментам, зафиксированным ГБЧ в дробных долях масштаба К. Между моментом появления “человека разумного” и моментом появления кроманьйонца (таблица 1) имеют место три особенные точки, обозначенные “?”, в которых, вполне вероятно, зафиксированы три качественных скачка в этом переходе. Но дифференциация этих трех разновидностей людей пока еще не проведена, поскольку описание конца четвертичного периода связано с известными трудностями [22]. Сами же скачки, возможно и стали той причиной, которая вынудила ведущих английских антропологов отказаться указать филогению (последовательность предков) современного человека [36].
С приведенного сравнения можно сделать вывод, что известная геохронологическая шкала, - это шкала дискретного отсчета ГБЧ времени собственного существования. Поэтому точку T1=8K на этой шкале, с которой связывается образование земной коры, I биохимическая революция и самозарождение жизни, следует принять за “абсолютный нуль” времени. С этого момента и начали отсчет своего времени ГБЧ. По закону дискретного хода в горниле ГБЧ был создан эукариот наивысшего уровня организации – человек современный. Поэтому ответ на вопрос о присхождении типологических групп в человеческой популяции, о их количестве и натуральном порядке следует искать в механизме дискретного отсчета ГБЧ собственного времени.