Питер Уорд - Новая история происхождения жизни на Земле

• Название: Новая история происхождения жизни на Земле
• Автор: Питер Уорд
• Издательство: Питер
• Жанр: Биология
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-02014-5

Общепринятая история происхождения жизни на Земле устарела. Двое ученых, Питер Уорд и Джозеф Киршвинк, предлагают книгу, в которой собраны все выводы последних исследований. Авторы показывают, что многие наши прежние представления об истории происхождения жизни неверны. Во-первых, развитие жизни не было неторопливым, постепенным процессом: катаклизмы способствовали формированию жизни больше, чем все остальные силы вместе взятые. Во-вторых, основа жизни — углерод, но какие еще элементы определили ее эволюцию? В-третьих, со времен Дарвина мы мыслили в категориях эволюции видов. На самом деле имела место эволюция экосистем — от подводных вулканов до тропических лесов, — которые сформировали мир, каким мы его знаем. Опираясь на свой многолетний опыт в палеонтологии, биологии, химии, астробиологии, Уорд и Киршвинк рассказывают историю жизни на Земле, такую фантастическую, что ее трудно представить, и в то же время такую знакомую, что нельзя пройти мимо.

---

Диаграмма показывает подъемы и спады температуры в периоды под общим названием «Земля-снежок».

Один из наиболее глубоких вопросов относительно периодов «Земли-снежка» — вопрос об их происхождении. В предыдущей главе мы отмечали, что первые (архейские) «снежки», возможно, были спровоцированы бурной деятельностью самих живых организмов, а именно появлением фотосинтеза, который привел к уменьшению парникового углекислого газа. Но для возникновения второго периода «снежков» могли быть совершенно другие причины, возникшие почти через миллиард лет после первых оледенений. Вторая серия «снежков» могла начаться из-за тектонической активности материков того времени[90].

Неопротерозойские оледенения (как и архейская первая серия, она характеризовалась множеством сменяющихся замерзаний/таяний) произошли спустя около 40 млн лет после того, как суперконтинент Родиния, образовавшийся из-за великого материкового слияния, начал распадаться.

Суперконтиненты обладали засушливым климатом, потому что большая часть суши находилась вдали от океанов. Напротив, когда континенты, а особенно суперконтиненты дробятся, сухие климатические регионы обретают морской климат и создают широкие возможности для повышенного химического выветривания. Химическое выветривание кремниевых пород приводит к быстрому падению уровня углекислого газа в атмосфере. С уменьшением количества CO2 снижается и температура. Возможно, во второй раз «снежки» образовались не из-за жизни, а под воздействием неорганических химических процессов.

Но все могло быть и несколько иначе. Если будет установлено, что в те времена по всему миру быстро и неожиданно распространился какой-либо новый вид растений, то снова придется признать, что падение уровня углекислоты было вызвано фотосинтезом, а не химическим выветриванием. Это вполне может оказаться правдой: новейшие исследования истории развития жизни показывают, что примерно 750 млн лет назад появились сухопутные растения, все еще одноклеточные, но распространенные предположительно на больших пространствах планеты. Это могло бы многое объяснить.

Жизнь в эдиакарский период

Земля освободилась от снега и льда более 600 млн лет назад, и то, как она выглядела в тот период, очень сильно отличается от ее нынешнего внешнего вида. Но разнообразные силы — как эволюция, так и физика — постепенно сделали ее к позднему протерозою более-менее похожей на сегодняшнюю планету. Океаны кишели жизнью, все еще одноклеточной в основном, но уже во многом усложненной — вроде амеб, инфузорий-туфелек, а также загадочных полурастений-полуживотных типа многоклеточных вольвоксов или одноклеточных эвглен. Побережья и морское дно были покрыты различными типами бурых и красных водорослей, все еще распространенными на Земле. Все было готово для появления первых животных. Около 600 млн лет назад этот процесс начался — так мы, по крайней мере, думаем. Эдиакарий, лишь недавно выделенный, является периодом, который непосредственно предшествует палеозойской эре. Он начался 600 млн лет назад и закончился появлением существ, которые точно были животными. Этот временной интервал назван по имени своих самых важных обитателей, самых сложных на тот момент организмов, — мы называем их вендобионты[91][92].

Эти хрестоматийные окаменелости позднего протерозоя, непосредственным образом переходящего в кембрий, демонстрируют огромное разнообразие любопытных форм, непохожих ни на каких из ныне живущих. Сначала их обнаружили на Эдиакарской возвышенности в Южной Австралии, а теперь находят практически во всех уголках Земли.

Эдиакарская возвышенность — это часть более крупного хребта Флиндерса в Южной Австралии. Подобно многим другим далеким от зеленых побережий местам в Австралии, хребет Флиндерс это песок, скалистые насыпи и редкая растительность, приспособленная к засушливой среде. Наряду с канадскими сланцами Бёрджесс, германскими известняками Зольнхофен и формацией Хелл-Крик в Северной Америке этот австралийский пейзаж знаменит в мире находками окаменелостей. Эти холмы и подобные им того же возраста (около 560–540 млн лет) хранят отпечатки первых тел настоящих животных — с этой точкой зрения солидарны все палеонтологи.

Это открытие было сделано геологом Реджинальдом Сприггом[93] во время осмотра старых шахт на Эдиакарской возвышенности. Спригг, будучи геологом на государственной службе штата Южная Австралия, должен был оценить возможности разработки минеральных ресурсов в этом регионе и определить, имеет ли смысл развивать здесь горнодобывающую отрасль. Однако Спригг, страстный коллекционер-любитель всевозможных окаменелостей во времена студенческой юности, смог распознать в случайно найденных им кусках грубого песчаника, разбросанных в изобилии по всем холмам, следы какой-то жизни.

Спригг держал в руках нечто, напоминающее изображение медузы. Однако он понимал, что это не могла быть медуза по определению. Слои были весьма древними, и Спригг сделал верное предположение: странные ископаемые должны относиться к древнейшим из известных окаменелостей животных — так он выразился, когда через год после первой находки впервые объявил о них. Также в своем первом заявлении Спригг заявил, что окаменелости, по-видимому, принадлежат животным разных родов[94].

Спустя некоторое время Спригг совместно с профессором Дугласом Мосоном и его студентами из Университета Аделаиды собрал еще несколько образцов необычных фоссилий. В том же месте, где были найдены первые окаменелости, обнаружилось еще больше образцов, и в 1949 году Спригг выпустил полный отчет о своем открытии, в котором содержалось подробное описание любопытных фоссилий[95]. Все образцы, которые он описал, происходили из кварцитов. Паунд — геологической формации, возраст которой никак не удавалось достоверно определить: будь это кембрийский период, то он вряд ли бы представлял интерес, но если протерозойский, то странные ископаемые отпечатки оказались бы самым древним свидетельством существования животных на Земле.

В результате тщательного анализа было установлено, что эти окаменелости не похожи ни на одно из ныне живущих существ. Но наиболее таинственной была сама природа отпечатков. Во-первых, организмы, не имеющие твердых частей, очень редко оставляют отпечатки. Если все же это происходит, то только в мелкозернистых породах типа глинистых сланцев, в осадочных слоях, образованных на дне тихих стоячих вод. Но существа Спригга, очевидно лишенные скелета, сохранились в песчанике, а не в мелкозернистой породе.

Чтобы определить, было ли вообще возможно такое окаменение животных, похожих на современных медуз, актиний или морских перьев, провели ряд экспериментов. Одним из исследователей был Мартин Глесснер[96], австралийский геолог и автор книги The Dawn of Animal Life: a bio historical study («Появление животных: биолого-историческое исследование»). Он описал серию экспериментов, в которых использовались очень большие медузы, помещенные на тонкий слой песка. Он отметил, что медузы действительно образуют отложения там, где это позволяют условия среды. Ископаемые, описанные Сприггом, теоретически не могли образовать окаменелостей.

Гранулы песка образуют отложения в местах с относительно высокой энергетикой. Песчаники находят сегодня у морских побережий, в реках, в песчаных дюнах — везде, где эти более-менее тяжелые гранулы могли бы перемещаться водой. В таких местах более мелкозернистые глины или тина никогда не образуют отложений, поскольку они слишком легкие и не задерживаются в проточной воде, а перемещаются в какие-нибудь более далекие места. Однако эдиакарские окаменелости и большие, и многочисленные, и находятся в песчаниках.

Чтобы глубже проработать эту проблему, летом 1987 года Питер Уорд пригласил студентов-палеонтологов Вашингтонского университета в лаборатории на островах Сан-Хуан в штате Вашингтон, чтобы поучаствовать в воссоздании условий, при которых могли формироваться эдиакарские ископаемые. Было проведено несколько видов экспериментов. В морских водах вокруг островов Сан-Хуан обитают разнообразные и многочисленные кишечнополостные организмы — таксономическая группа, очевидно наиболее близкая к формам эдиакарских отложений. Для имитации мелководного морского дна возрастом 600 млн лет большие резервуары различной площади наполнили песком и затем залили морской водой. Эксперименты походили на ранее проведенные Глесснером, но в данном случае использовались более крупные организмы, и, кроме медуз, брали и других представителей типа.

Тела недавно умерших морских перьев, актиний и крупных медуз помещали на песок. Поверх тел животных укладывали слой песка, и всю систему оставляли в таком состоянии на некоторое время, а через несколько дней верхний слой удаляли. Ни один из этих экспериментов не продемонстрировал остаточных следов на песке.