Новая история происхождения жизни на Земле

Киршвинк Джозеф

Хотя и не много, но на Земле еще существуют места с выраженной стратификацией. Одним из наиболее известных является остров Палау в Микронезии, где находятся знаменитые озера медуз. Здесь в больших водоемах с чистой, насыщенной кислородом водой изящно передвигаются многочисленные медузы. Но буквально в нескольких метрах под этим кристально чистым кислородным слоем находится и другой — темный, полный крайне опасных существ. В нем мало или вовсе нет кислорода, но есть избыток сероводорода. Он темно-пурпурного цвета, населен огромным количеством пурпурных серных бактерий, которые еще в древности делали мир небезопасным для любого, кому было нужно много кислорода, — таким существам в те времена уж точно не было скучно.

Наша

пересмотренная модель содержания кислорода в воздухе и в воде.

Серные бактерии и их жизненные потребности в конечном итоге оказались вытеснены на задворки нашей планеты. Но они всегда где-то рядом, всегда наготове, чтобы вернуть себе пространство, которое потеряли, когда в мир вырвался кислород в больших количествах — около 600 млн лет назад. Они — как Империя Зла: и в девонском, и в пермском, и в триасовом, и в юрском, и в середине мелового периодов эта Империя наносила ответные удары, о чем мы поговорим в следующих главах.

Так или иначе, а превосходство серных фотосинтезирующих форм над кислородными было преодолено, этому способствовало поступление в океанскую воду новых больших объемов железа, которое выветривалось из близлежащих и растущих материков. Железо в морской воде вступало в реакции с различными формами серы, превращаясь в тяжелые плотные массивы серного колчедана, и количество серы в системе, таким образом, сокращалось. Это привело к голоду в среде серных бактерий, поскольку без того элемента они обойтись не могли. 600 млн лет назад кислород серьезно укрепил свои позиции, возможно, его количество даже резко возросло, когда был преодолен какой-то критический барьер. А вскоре после этого появились животные. В конце концов не так уж много времени понадобилось для их развития, как только на Земле закончилось адское время огня и серы.

Странные первые многоклеточные

Большая часть живых организмов не такого уж скучного миллиардолетия появилась на основе строматолитов, чемпионов по выживанию на самых долгих временных дистанциях, — они появились 2,2 млрд лет назад, продолжали развиваться и дали начало новым странным формам жизни. Выглядят они как тонкая черная спираль, но уж точно не микроскопическая, и называются Grypania (Grypania spiralis). Появление этих организмов означает, что жизнь сделала большой скачок — развила способность существовать «колониями» клеток, которые сцепляются вместе и обретают общие мембраны. Это были первые многоклеточные формы.

Grypania известны давно. Но в 2010 году наше понимание вещей изменилось с открытием необычных окаменелостей в Габоне (Центральная Африка) [87] . Grypania, возможно, были колониями прокариотов (в данном случае бактерий), а новые ископаемые (которые, кстати, все еще не получили названия) — на вид крупные и слишком усложненные. Какими бы они ни были, мы знаем точно, чем они не являются. Они точно не являются первыми животными.

87

A. El Albani et al., «Large Colonial Organisms with Coordinated Growth in Oxygenated Environments 2.1 Gyr Ago,» Nature 466, no. 7302 (2002): 100–104.2; www.sciencedaily.com-releases-2010–06-100630171711.htm.

Первые настоящие животные намного моложе, чем Grypania и им подобные. Животным менее миллиарда лет. Впрочем, дату появления первого животного все еще относят к более ранним временам, руководствуясь передовыми методами определения возраста свидетельств их существования — известно о пока еще не идентифицированных ископаемых

останках животных значительно старше 600 млн лет. Те, кто изучает молекулярный состав сохранившихся таксонометрических типов, полагают, что их метод «молекулярные часы» позволяет определить возраст останков животных в 700 млн лет. Но это не такая уж большая разница во времени с точки зрения всей эпохи существования жизни на Земле. Известно большое количество типов многоклеточных организмов, включая немалое разнообразие прокариотических форм, и нет сомнений, что изобретение эволюцией организмов, состоящих более чем из одной клетки, приходится на период давностью более чем 2 млрд лет. Однако в большинстве случаев такие многоклеточные прокариоты состоят лишь из двух клеток, и ни один из таких организмов невозможно принять за животное.

Слизистая плесень многоклеточна, как и некоторые синезеленые водоросли. Впрочем, в каком-то отношении они — тупиковые ветви эволюции (но только не слизистая плесень — эта группа в конечном итоге тоже кое-чему дала жизнь). Эти слизистые формы существуют на планете несколько миллиардов лет и оказались весьма консервативны в эволюционном отношении. Усложненные многоклеточные растения появились более миллиарда лет назад и выглядели, скорее всего, как зеленые, бурые и красные водоросли, которые нынче можно увидеть на любом побережье, в тех местах, куда активно проникает солнечный свет. А животные все же значительно моложе.

Вероятно, размер организмов определенным образом связан с появлением кислорода в атмосфере. Кислород способствовал возникновению экземпляров более крупных размеров, чем те, которые существовали в докислородный период, и биологическая адаптация, усиливая скорость и/или объем поглощения кислорода, привела к гигантизму [88] . Яркие примеры этому найдете в последующих главах, в которых будет продемонстрировано, как появление нового вида более эффективных легких и устройства всей дыхательной системы породило огромных динозавров.

88

D. E. Canfield et al., «Oxygen Dynamics in the Aftermath of the Great Oxidation of Earth’s Atmosphere,» Proceedings of the National Academy of Sciences, no. 422 (2013).

Окаменелости настоящих животных встречаются в отложениях возрастом не старше 600 млн лет, и сразу — в большом изобилии. Возможно, они даже старше, и в пользу этого свидетельствуют два доказательства. Во-первых, данные, полученные в результате применения метода «молекулярные часы», показывают, что многоклеточные эукариоты (что включает как растения, так и животных) на 100 млн лет старше их реальных окаменелостей, что определяет их возраст в 700 млн лет. Во-вторых, приблизительно этим же временем датируются ископаемые свидетельства деятельности животных — их следов или пищевых действий, то есть следов жизнедеятельности, — хотя окаменелостей самих тел в осадочных породах не обнаружено. В те времена уровень кислорода был близок к современному, хотя еще не сравнялся с ним. Не только свободный кислород, но и озоновый слой достиг относительно высоких показателей, и, таким образом, степень воздействия ультрафиолета и других излучений существенно снизилась.

Любопытные организмы, известные как акритархи (Acritarchs)

В любом разговоре о докембрийских формах жизни акритархам уделяется значительное внимание. На планете они появились очень рано: самым древним, по-видимому, 3,2 млрд лет, и продолжили свое существование до возникновения животных. К акритархам относят множество совершенно различных не только видов, но даже представителей разных царств и надцарств, и потому их называют мусорным ведром биологической классификации. Это показывает, как мало мы знаем о развитии жизни до того временного периода, которым датируется широкое распространение ископаемых останков животных и высших растений.