Первый шаг в этом направлении исследований в 1960-х гг. сделал Престон Клауд, один из пионеров в области геохимии. Даже несмотря на значительный прогресс в этой области науки, его труды и взгляды до сих пор оказывают значительное влияние на последователей. Клауд утверждал, что важнейшие события в ранней эволюции были связаны с изменениями содержания кислорода в атмосфере. Каждый раз, когда концентрация кислорода повышалась, жизнь расцветала по-новому. Клауд предложил три критерия для доказательства этой гипотезы: нужно точно знать, как и когда изменился уровень кислорода; нужно показать, что в это же время произошли адаптационные изменения; нужно найти реальные биологические связи между изменением концентрации кислорода и эволюционной адаптацией.
В трех следующих главах мы посмотрим, насколько справедлива гипотеза Клауда в свете современных данных.
Для упрощения задачи мы разделим историю Земли на три неравные части (рис. 1). Первая часть — докембрий, долгий период затишья до появления каких-либо видимых палеонтологических доказательств существования жизни, за исключением самых ранних многоклеточных форм жизни уже в самом конце этого периода. Потом произошел кембрийский взрыв, когда множество многоклеточных существ возникло неожиданно, как Афина из головы Зевса; от этого осталось множество свидетельств в виде окаменелостей уже полностью оформленных и покрытых броней (раковинами) существ. Наконец, пришла «современная» эпоха фанерозоя, характеризующаяся появлением наземных растений, животных и грибов, когда друг за другом стали возникать трилобиты, аммониты, динозавры и млекопитающие. Все условия, необходимые для активной эволюции многоклеточных форм жизни, сформировались уже в докембрийском периоде. Таким образом, глава 3 будет посвящена анализу докембрия, а главы 4 и 5 — соответственно кембрийскому взрыву и фанерозойскому эону.
Глава третья. Бесконечная тишина. Три миллиарда лет эволюции микробов
Человеку, привыкшему измерять время десятилетиями или столетиями, практически невозможно охватить разумом такой невероятно протяженный отрезок времени, который отделяет нас от докембрийской эпохи. Речь идет о 4 млрд лет, что составляет 9/10 всего времени существования Земли. Представьте себе, что мы переносимся во времени назад со скоростью тысяча лет в секунду. Через две секунды мы окажемся во времени, когда родился Христос, через десять секунд — в период зарождения сельского хозяйства, через полминуты увидим первых пещерных художников, а меньше чем через две минуты сможем пронаблюдать за расселением наших обезьяноподобных предков по африканским саваннам. Если продолжать движение, то через 18 часов мы станем свидетелями катастрофы, уничтожившей динозавров, а через четыре дня сможем присутствовать на спектакле «Многоклеточная жизнь времен кембрийского взрыва». Но после этого наше путешествие будет продолжаться в тишине. Через 44 дня мы окажемся в той точке, когда на Земле каким-то таинственным образом зародилась жизнь, и, наконец, через 53 дня станем свидетелями конденсации Земли из облака пыли и газа.
Итак, на протяжении 40 дней и ночей, если отмерять по выдуманной нами шкале, Земля была населена исключительно микроскопическими одноклеточными бактериями и простейшими водорослями. Ввиду отсутствия каких-либо реальных палеонтологических доказательств, которые могли бы помочь воображению, не приходится удивляться, что большинство первых попыток проанализировать ранние этапы эволюции жизни были всего лишь спекуляциями. Как можно рассуждать о биохимических процессах в микробах, которые практически не ocтавили в камнях никаких следов, или о концентрации кислорода в давно рассеявшейся атмосфере? На самом деле кое-какие доказательства в камнях сохранились — иногда в виде микроскопических окаменелостей, иногда в виде молекулярных следов древних геохимических процессов. Кроме того, атавистические гены современных организмов часто позволяют проследить за ходом эволюции. Записанные в генах тексты пока остаются загадкой, но они почти всегда что-то означают. Сегодня нашим единственным гидом, нашим молекулярным Розеттским камнем, является функция кодируемого геном белка. Мы знаем, например, что белок гемоглобин (придающий эритроцитам красный цвет) предназначен для связывания кислорода, а на основании анализа генетических последовательностей известно, что некоторые бактерии имеют гены аналогичных белков, а потому со значительной долей уверенности можно утверждать, что этот ген был и у нашего с бактериями общего предка. Значит, он тоже использовал гемоглобин для связывания кислорода. Но даже если он делал это для какой-то другой цели, ключ к пониманию функции по-прежнему может содержаться в структуре молекулы белка.