Так, в апреле этого года наш журнал писал об идее американского исследователя Пола Фалковски, считающего, что все началось с того, что около 1,9 миллиарда лет назад появился организм, ставший прародителем всего царства растений. В том же месяце еще одна версия случившегося была обнародована журналом Nature.
«Визит Венеры к Вулкану» Ф. Буше. 1754
По мнению группы геологов из США и Канады — руководил ею Курт Конхаузер из Эдмонтонского университета, — решающий сдвиг произошел около 2,4 миллиарда лет назад. В ту пору нашу планету населяли лишь самые примитивные микроорганизмы, а ее атмосфера содержала незначительное количество кислорода. Однако внезапно все изменилось. Эволюция жизни на Земле вышла на новый уровень развития.
Что послужило причиной? Возможно, никель!
До сих пор ученые в общем-то не интересовались влиянием никеля на процесс становления жизни. «Ведь этот металл содержится в морской воде в чрезвычайно малых количествах, — подчеркивает Доминик Папино, один из авторов данной работы. — Однако проведенные нами исследования свидетельствуют, что никель оказал огромное влияние на биосферу Земли».
Группа Конхаузера проанализировала состав полосчатых железных руд, образовавшихся на планете за очень продолжительный период — от момента появления первых следов жизни на Земле (около 3,8 миллиарда лет назад) до «кембрийского взрыва» (около 550 миллионов лет назад).
Изучая примеси, которые обнаруживаются в рудах, ученые определяли содержание никеля в древних океанах, покрывавших планету. Около 2,7 миллиарда лет назад оно было очень высоким. В таких условиях процветали метанобразующие бактерии. Они выделяли в атмосферу большое количество метана, препятствуя повышению концентрации кислорода. Ведь метан и кислород реагируют друг с другом; продуктами реакции являются углекислый газ и вода.
Однако затем — неожиданное событие, «грань истории», «ступень эволюции». Химический состав морских вод резко изменился. Конхаузер и его коллеги полагают, что причиной тому было не какое-то «единичное событие». Дело не в «невероятной случайности», а в том, что мантия нашей планеты постепенно остыла. До тех пор бесчисленные извержения вулканов вновь и вновь выбрасывали на поверхность Земли лаву, богатую никелем. В результате эрозии частицы застывших пород, — а значит, и крупицы никеля, — со временем попадали в реки и моря. Когда же активность вулканов поутихла, исчез и важнейший источник поступления никеля в толщу морской воды.
«По времени эти два события очень хорошо совпадают. Как только содержание никеля уменьшилось, атмосфера начала обогащаться кислородом, — отмечает Доминик Папино, — и, судя по тому, что мы знаем о живущих ныне метанобразующих бактериях, понижение содержания никеля ведет к резкому сокращению выработки метана».
Что ученые знают об этих бактериях? Что никель им нужен, чтобы производить три важнейших для них фермента. Когда популяция бактерий недополучает никель, ее численность начинает сокращаться. По-видимому, эта история — «катастрофа» для одних, «радость» для других — и произошла в древних океанах почти мгновенно, в какие-то «миллионолетия». Началось массовое вымирание метанобразующих бактерий. А вот не очень нуждавшиеся в никеле водоросли и цианобактерии — организмы, вырабатывающие кислород, — стали заполнять опустевшее пространство, побеждая в этой дарвиновской борьбе. И вслед за их торжеством радикально изменился состав земной атмосферы. Произошло «The Great Oxidation Event», «Великое окисление».
Цианобактериям потребовалось примерно полмиллиарда лет, чтобы путем фотосинтеза довести содержание кислорода в атмосфере почти до его нынешних показателей. Впрочем, уже 2,4 миллиарда лет назад это значение, по расчетам ученых, было достаточно высоким, чтобы считать атмосферу планеты «кислородной». Развилка эволюции была пройдена. Барьер пал. Планета стала подготовлена для появления известных нам сложных форм жизни.
За время существования нашей планеты предельная величина живых организмов всего дважды радикально менялась, как установили авторы исследования, проводившегося под эгидой Стэнфордского университета. Первый «большой скачок» произошел примерно 1,6–2,0 миллиарда лет назад, второй — около 600 миллионов лет назад. В обоих случаях этому предшествовало заметное повышение содержания кислорода в атмосфере.