Б.С.Соколов, М.А.Федонкин
РАННИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Самая уникальная особенность Земли как планеты Солнечной системы - ее стратисфера, т. е. оболочка водно-осадочного происхождения, мозаичная по составу и структуре, но непрерывная в геологическом времени. Она заключает наиболее полную запись событий, касающихся истории как самой Земли, так и Вселенной на протяжении последних четырех миллиардов лет.
До недавнего времени исторический этап развития Земли определялся началом кембрийского периода (570 млн. лет). Дифференцированный органический мир кембрия, в том числе скелетные беспозвоночные всех типов, воспринимался как загадочный «популяционный взрыв». В настоящее время следы активной жизнедеятельности организмов и сами их остатки (от прокариотных безъядерных организмов до неминерализованных слоевищ растений и отпечатков бесскелетных многоклеточных животных) установлены во всем осадочном докембрии. Следы былых биот находят в столь древних отложениях, что невольно возникает вопрос - не древнее ли жизнь самой Земли?
Палеонтология докембрия ставит перед исследователями вопросы подобного рода, хотя вряд ли она способна разрешить их. Источником знаний о происхождении жизни являются скорее химия и молекулярная биология, биогеохимия и, возможно, астрономия. В последние десятилетия экспериментально» доказано абиогенное возникновение не только простейших органических веществ, обнаруженных теперь и в космосе, но и таких сложных веществ, какими являются аминокислоты, сахара, короткие пептиды и даже нуклеотиды. Однако в практическом и даже в теоретическом аспекте пока трудно представить себе скачок, в результате которого химическая эволюция перешла в эволюцию биологическую. Вероятно, поэтому, особенно в последние годы, возрождается интерес к биокосмическим идеям В. И. Вернадского.
Сведения о жизни в докембрии получают в результате исследований фитопланктона, акритарх и других органостенных микрофоссилий, сохранившихся в аргиллитах и сланцах, а также ископаемых строматолитов (их распределения, морфологии, микроструктуры и палеоэкологии) и минерализованных остатков клеток ископаемых прокарит (например, цианобактерий) из строматолитовых окремненных пород. Кроме того, изучают изотопный состав докембрийских пород и их керогеновых компонентов,. особенно изотопов углерода и серы. Однако эти свидетельства жизни на современном уровне изученности распределены неравномерно по стратиграфической шкале докембрия. Мы еще очень мало знаем о жизни в архее, много больше - о биотитах протерозоя, особенно его поздней части.
По данным Дж. У. Шопфа, синтез всех данных палеобиологии, палеобиогеохимии и геохимии позволяет предполагать следующий «сценарий» ранней биологической эволюции. Жизнь появилась на Земле более 3,5 млрд. лет назад и, вероятно, ранее этого рубежа в органическом мире уже были развиты такие явления, как анаэробная хемогетеротрофия, анаэробная хемоавтотрофия и анаэробная фотоавтотрофия. Аэробная фотоавтотрофия и амфиаэробный (факультативный) метаболизм, возможно, уже существовали 2,9 млрд. лет назад. Микроорганизмы, зависимые от аблигатного аэробиоза, появились 1,7 - 1,5 млрд. лет назад.
Наиболее многообещающим подходом к проблеме реконструкции биологической и связанной с ней геологической истории Земли является выяснение сути и последовательности биогеохимических циклов, катализаторами которых были живые организмы, в том числе литотрофные бактерии. Биохимические циклы элементов прокариотной экосистемы обусловили однонаправленное изменение продуктов дегазации планеты. Многообразие реакций, осуществляемых бактериями, допускает предположение о множестве трофических систем для различных начальных условий (что подразумевает полифилию). По мнению Г. А. Заварзина, взаимодействие живых организмов с продуктами дегазации является ключевым процессом в совместной геологической и биологической эволюции, вплоть до стабилизации системы при развитии биологических циклов. Новые эвкариотные организмы вкрапливаются в уже существующую систему трофических связей.
Докембрий составляет около семи восьмых времени существования нашей планеты и приблизительно пять шестых времени, представленного палеонтологической летописью. Наиболее древними свидетельствами жизни, возможно, следует считать формации углеродистых отложений глубокого докембрия, хотя основная масса углерода в докембрийских породах находится в рассеянном состоянии. Изотопный состав углерода из архейских и протерозойских углеродистых отложений может свидетельствовать, скорее, о его органическом происхождении.