Читать книгу "Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж"

Обнаруженные округлые, вытянутые и полые трубчатые клетки (вероятно, бактерии) скапливались вместе, образовывали цепочки и обволакивали песчаные частицы. Эти сероперерабатывающие бактерии живы до сих пор; они образовывают застойные черные слои под поверхностью песчаных пляжей.

На удивление хорошо сохранившиеся трехмерные ископаемые микробы раскопали на древнем пляже – сейчас на его месте расположено песчаниковое образование. Среди микробов были обнаружены зерна неокисленного пирита железа, что свидетельствует об отсутствии кислорода в период жизни этих организмов.

Со времен данного открытия говорилось и о более древних окаменелостях. Однако до сих пор нет единогласного мнения о том, являются ли эти структуры свидетельством жизни или же имеют небиологическое происхождение.

В 2016 году журнал Nature опубликовал отчет о структурах, найденных в горных породах Гренландии, возрастом в 3,7 миллиарда лет, которые, по-видимому, указывают на наличие микробов, живших в мелководном море древней Земли. Структуры, высотой не более нескольких сантиметров, напоминают собой строматолиты (слоистые насыпи, которые были образованы – и до сих пор образуются – фотосинтетическими микробами, живущими в воде). Анализ показал, что структуры имеют ту же химическую сигнатуру, что и морская вода, и это указывает на их морское происхождение. Чтобы точно во всем разобраться, идеально было бы обнаружить ископаемые останки микробов в горной породе. Однако это невозможно для данного типа скал.

Даже старше?

Затем в 2017 году произошло еще более знаменательное и неоднозначное открытие. Мэтью Додд из Университетского колледжа Лондона с коллегами проанализировал породы, собранные в области под названием «пояс Нуввуагиттук» в северном Квебеке, Канада. Здешние скалы образовались около 3,75 миллиарда лет назад, а некоторые геологи утверждают, что истинный возраст скал составляет порядка 4,29 миллиарда лет. Это означает, что они лишь немного моложе самой планеты.

Как и все древние горные породы, они претерпели значительные изменения. Какое-то время эти породы провели в недрах Земли, где температура превышала 500 °C, а экстремальное давление расплавляло и деформировало их. Тем не менее геологи могут прочесть подсказки, которые остались в породах в период нахождения их на дне самых первых океанов Земли. Примечательно, что, похоже, в этих горных породах сохранились свидетельства древних глубоководных гидротермальных источников. Именно эта среда, по мнению многих ученых, и является наиболее вероятным местом зарождения жизни.

Додд и его коллеги уверены, что нашли свидетельства древней жизни – в богатых железом породах, сформировавшихся вокруг относительно прохладных источников (с температурой ниже 160 °C). Эти породы содержат микроскопические трубочки и филаменты из оксида железа. Подобные структуры могли быть образованы бактериями, жившими в бактериальных «коврах» вокруг современных глубоководных гидротермальных источников.

Более того материал, близкий к филаментам, содержал углерод с изотопным балансом, характерным для биологических процессов. Часть этого углерода была заключена внутри кристаллических форм богатых фосфором минералов, что также указывает на древнюю биологию, поскольку фосфор необходим для всей жизни на Земле.

Если сложить все данные воедино, то они приводят нас к одному неизбежному, как считает Додд, выводу: очень древняя Земля была заселена микробами, схожими с теми, которые были обнаружены в современных низкотемпературных гидротермальных источниках.

Если эта гипотеза подтвердится, то полученные выводы будут значимы сразу по нескольким причинам. Таким образом, потенциальная отметка о зарождении жизни будет сдвинута на 4,29 миллиарда лет назад, подразумевая, что наша планета была заселена на удивление рано.

Кроме того, гипотеза доказала бы, что жизнь зарождалась вокруг глубоководных источников, в которых из-за полностью или частично отсутствующего света организмам приходилось черпать энергию из геотермальных процессов. Тогда бы мы смогли привести геологические данные в соответствие с результатами генетических и биохимических исследований, в которых говорилось о том, что жизнь возникла именно в глубоких гидротермальных областях, а не в мелких и солнечных средах, в которых находилось большинство древних окаменелостей.

Но не все безоговорочно верят в то, что данные структуры являются доказательством, либо что такие хрупкие микроскопические структуры смогли бы выжить в породах, подвергавшихся воздействию высоких температур и давлений глубоко под землей.

До достижения консенсуса может пройти ни один десяток лет. Когда имеешь дело с «ископаемыми» возрастом в 4,29 миллиарда лет, спешить куда-то уже бессмысленно.

Жизнь на Земле могла зародиться не один, а много раз

За 4,5 миллиарда лет земной истории жизнь в известной нам форме возникала всего один раз. Все живые существа на планете имеют одинаковую химическую структуру, которую можно отследить до LUCA – последнего общего предка. Поэтому мы предположили, что зарождение жизни было поистине сложным процессом, возникшим при стечении практически невозможных обстоятельств.

Так ли это? Простые биологические эксперименты, направленные на воссоздание самых ранних моментов жизни, готовы оспорить это предположение. Кажется, что жизнь сводится к основам химии – никакой магии, никаких редких составляющих, никаких внезапных неожиданностей.

Вот здесь и открывается еще более интригующая возможность. Вместо единичного возникновения в химически насыщенном древнем водоеме жизнь могла зарождаться многократно. В течение сотен тысяч лет данный процесс мог бы повторяться снова и снова, принимая различные формы и становясь тем, что мы видим сегодня после первого массового вымирания на Земле. В самые первые дни на планете жизнь, какой мы ее знаем, могла быть не одна.

Уточним один момент: то, о чем мы рассказываем, произошло задолго до появления животных, растений и даже микробов. Мы вернемся к самому началу, когда единственное, что подпадало под определение «жизни», было не больше молекулярной машины. Даже тогда, не имея тел, органов и клеток, сократив все до самых необходимых реакций – все казалось невероятно сложным. Жизнь нуждается как минимум в определенном коде, который будет использоваться для создания полезных молекулярных машин и самовоспроизведения.

На протяжении десятилетий люди обращались ко всевозможным внешним силам для объяснения создания некоторых исходных компонентов. В знаменитых экспериментах Юри-Миллера в 1950-х годах спусковым крючком являлся разряд тока, имитирующий удар молнии о воду (см. «Нужен ли гром среди ясного неба для создания жизни?»). Другие теории сводились к инопланетному заселению, благодаря метеоритам или кометам.

Нужен ли гром среди ясного неба для создания жизни?

В 1950-х годах два химика Стэнли Миллер и Гарольд Юри первыми показали, что некоторые ключевые компоненты для создания жизни можно изготовить из более простых материалов. Критическим шагом было электричество. Ученые смешали воду с газами, которые, по их мнению, присутствовали на древней Земле, и поразили их искусственной молнией. В результате были образованы аминокислоты – молекулы, из которых состоят все современные белки.