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.

---

Существует множество гипотез относительно причин данного вымирания.

Во-первых, возможно, сибирские излияния базальта привели к выбросам в атмосферу больших объемов газа, что вызвало изменение климата и кислотные дожди. Это предположение подтверждается специалистом в области геохронологии из Беркли Полом Ренном и его коллегами. Другой возможной причиной различные независимые исследователи считают внезапный выброс метана в атмосферу. Кроме того, хотя непосредственных доказательств этому и не найдено, возможность вымирания вследствие столкновения Земли с астероидом является также очень популярной гипотезой. Например, китайские коллеги утверждают, что воздействие было «очень быстрым». Среди всех предположений о причинах данного массового вымирания только удар астероида мог привести к таким масштабам и интенсивности гибели животных за очень короткое время.

На рубеже прошлого и нынешнего тысячелетия исследователи истории развития Земли и жизни на планете просто влюбились в теории внеземных причин многих, если не всех, массовых вымираний. В 2000 году пермское вымирание казалось чем-то совершенно отличным от всего, что было известно о вымираниях. В геологическом братстве подозревали, что виной тому стало космическое столкновение, но какое-то не такое, как катастрофа, ставшая сенсацией 1980-х, виновником которой и основной причиной гибели динозавров и всего мел-палеогенового вымирания назвали астероид. Возможно, пермское вымирание имело несколько причин, а возможно, один серьезный толчок спровоцировал возникновение цепи гибельных событий. Примечательно, что никто из тех, кто изучал в конце XX — начале XXI века образцы китайских пород, не обнаружил хорошо известные признаки внеземных причин мел-палеогенового вымирания: ни иридия, ни деформации кварца.

Несколько лет подряд начиная с 2001 года команда под руководством геохимика Луанн Беккер[169] сообщала об открытии больших скоплений сложных молекул углерода (у них смешное название — букминстер-фуллерены, которое, к счастью, сократили до «букиболов»). Исследователи утверждали, что их открытия свидетельствуют в пользу той же причины вымирания в пермский период, что и у мел-палеогенового вымирания — столкновения Земли с астероидом, только в этом случае астероид упал 251 млн лет назад.

Букиболы — большие молекулы, содержащие по крайней мере 60 атомов углерода. Они похожи на футбольный мяч или на геодезический купол, поэтому их и назвали букминстер-фуллеренами — в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, который этот купол изобрел.

Гипотеза команды геохимиков такова: букиболы внутри своей структуры удерживают молекулы гелия или аргона, и именно данные новые индикаторы падения астероида были найдены в отложениях времен позднего пермского периода в трех географических областях в разных частях планеты. Беккер и ее коллеги считают, что букиболы в этих местах имеют внеземное происхождение, поскольку благородные газы, обнаруженные в них, показывают необычное соотношение изотопов. Например, земной гелий — это в основном гелий-4 с небольшим содержанием гелия-3, однако внеземной гелий (тот, что зафиксирован командой Беккер в букиболах) является в основном гелием-3. Согласно утверждениям исследователей, этот «звездный багаж» мог быть доставлен на Землю только небесным телом, столкнувшимся с нашей планетой в конце пермского периода, и пермский период на нем и закончился.

Это небесное тело — комета или астероид — было 6–12 км в диаметре, а возможно, таких же размеров, что и астероид мел-палеогенового периода, оставивший огромный кратер Чуксулуб на полуострове Юкатан в Мексике 65 млн лет назад. Однако если пермский космический гость был таких больших размеров, то оставил бы и кратер чудовищных размеров, подобный Чуксулубу, поэтому команда Беккер начала искать кратер, который мог быть спрятан глубоко под другими породами.

Спустя два года, в 2003 году, эти ученые объявили, что нашли гигантский кратер в морском дне у берегов Австралии[170]. Казалось, столкновение астероида с Землей в качестве причины пермского вымирания подтвердилось. Но затем начались проблемы, причем как с букиболами, так и с вероятностью того, что найденный кратер является следствием столкновения.

Наука предполагает повторяемость и предсказуемость результатов исследований, однако теория букиболов потерпела поражение по обоим этим показателям (хотя, что любопытно, еще в 2012 году на запрос «пермское вымирание» Google в первую очередь выдавал «букиболы» и «столкновение»). Те, кто работает над раскрытием причин пермского массового вымирания, с самого начала сомневались в верности теории букиболов и столкновения с астероидом.

Первоначально работа Беккер основывалась на образцах, обнаруженных в Китае, Японии и еще нескольких местах. Позднее результаты этой работы не подтвердились сходными исследованиями, а наш приятель Юкио Изодзаки несколькими годами ранее доказал, что изучаемый Беккер и командой слой отложений в Японии недалеко от Осаки на самом деле был сдвинут с пологим смещением — целых три зоны конодонтов по обеим сторонам исследуемого интервала утеряны. Впрочем, они утверждали, что аномальное количество гелия-3 наблюдается именно в том месте, где должна, по их (ошибочному) мнению, находиться граница между слоем, сформированным до вымирания, и слоем, образованным во время вымирания. Что-то было не так. Наконец, наши коллеги из Калифорнийского технологического института выяснили, что гелий-3 покидает букиболы менее чем через один миллион лет, поэтому после 252 млн лет там ничего не могло сохраниться. Кроме того, глубоководная структура, которую принимали за кратер и которая обеспечивала стройность всей теории букиболов, столкновения и гелия-3, в действительности оказалась вулканического происхождения и никакого отношения к космосу не имела.

К изучению морских отложений позднего пермского периода и раннего триаса подключилась еще одна команда исследователей — геологов и специалистов в области органической химии. Они рассматривали не сами по себе окаменелости тел животных, а извлекали из пород останки в поисках определенных химических ископаемых биомаркеров[171], Такие биомаркеры могли появиться только в результате фотосинтезирующей деятельности пурпурных бактерий, обитавших исключительно на мелководье, причем без кислорода, но насыщенном ядовитым сероводородом. По-видимому, океаны были населены огромными биомассами микроорганизмов, производящих сероводород. Это были не отдельные выбросы газа, как в современном Черном море — вероятно, постоянные выделения сероводорода в воду наблюдались почти во всех морях или даже во всем Мировом океане, о чем позволяют судить недавние исследования ученых из Массачусетского технологического института, которые в 2009 году обнаружили этот же биомаркер пермского периода более чем в десятке мест по всему миру[172]. Возможное объяснение тайны самого крупного массового вымирания в истории удалось найти геохимикам из Университета штата Пенсильвания в 2005 году. Группу коллег возглавляли Ли Камп (один из крупнейших специалистов в области химии океана и особенно — углеродного круговорота) и Майк Артур. В их статье говорится, что сероводород, производимый в океанах микроорганизмами (точнее, различными видами пурпурных бактерий), стал в конце пермского периода непосредственной причиной вымирания как на море, так и на суше[173].

Гипотеза Кампа и начало теории парникового вымирания

Ли Камп и его коллеги предположили, что в периоды большого дефицита кислорода в океанах (времена, когда у дна океана, а возможно и у поверхности, уровень содержания кислорода сильно снизился) концентрация сероводорода на глубине резко увеличилась и превысила некий критический барьер. Далее, в океанах могли возникнуть условия (напоминающие, например, современное состояние Черного моря), когда произошло быстрое поднятие глубинных водных слоев, насыщенных сероводородом, к поверхности. Результат был ужасен: на поверхности воды образовывались большие пузыри сероводорода, они лопались, и токсичный газ устремлялся в атмосферу. Такой новый подход к объяснению глобальных биологических катастроф показывает связь между морскими и сухопутными массовыми вымираниями, поскольку сероводород накапливается в тропосфере до концентраций, смертельных для растений и животных, даже если испарения этого газа из океана относительно невелики. Эта теория может объяснить события не только позднего пермского периода, но также демонстрирует, что могло происходить в другие периоды истории Земли, и возможно, таковы и были основные глобальные изменения в средах обитания, приводившие к массовым вымираниям[174].

Коллеги Кампа сделали некоторые предварительные вычисления и были поражены, обнаружив, что объемы сероводорода, присутствующие в атмосфере позднего пермского периода, почти в две тысячи раз превышали современный объем выбросов этого газа (в основном за счет вулканов) — более чем достаточно, чтобы содержание сероводорода в атмосфере достигло смертельного уровня.