Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Глина состоит главным образом из мельчайших частиц минералов, которые, пропитываясь водой, образуют густую, вязкую массу. Если вам доводилось застрять ногой или колесами машины в сырой глине, вряд ли вы это забудете. Глинистые минералы образуются преимущественно за счет выветривания, особенно сопровождающегося химическими изменениями в условиях сырой, кислотной среды позднего неопротерозоя. Кеннеди и его соавторы предположили, что стремительное послеледниковое выветривание континентальной коры способствовало образованию гораздо большего количества глинистых минералов, чем в доледниковый период. К тому же имеются свидетельства того, что колонии микроорганизмов активно развивались на побережье именно в это время, именно микроорганизмы весьма эффективно превращают твердый камень в мягкую глину.

Одним из самых поразительных свойств глинистых минералов является их способность связывать органические биомолекулы. Интенсивное образование глинистых минералов изолировало богатую углеродом биомассу, и по мере того как их смывала морская вода, они (глинистые минералы) запечатывали этот углерод в мощные толщи тонкозернистого осадка. По мнению Кеннеди, захоронение углерода вело к росту кислорода в атмосфере, что, в свою очередь, ускоряло процесс образования глинистых минералов на суше, и еще большему захвату углерода. Таким образом, «производство глинистых минералов» могло непосредственно способствовать увеличению содержания кислорода в атмосфере и эволюции жизни на планете.

Расцвет водорослей, приводящий к парниковому эффекту, поддерживаемый фосфором и другими питательными веществами, несомненно, сопровождался резким притоком кислорода в атмосферу. Образование глинистых минералов еще больше усиливало этот эффект. В результате примерно 650 млн лет назад содержание кислорода в атмосфере почти достигло современного уровня. Высокая концентрация кислорода, в свою очередь, повлекла за собой возникновение сложных, многоклеточных форм жизни, поскольку лишь при таком уровне кислорода организмы могут вести такой активный, энергоемкий образ жизни, как это делают медузы и черви. Итак, древнейшие из известных многоклеточных организмов появились, если судить по известным образцам окаменелостей, около 630 млн лет назад, вскоре после второго глобального оледенения.

Чтобы составить более полное представление о возникновении животного мира в эпоху неопротерозоя, надо вернуться примерно на миллиард лет назад, во времена, предшествующие «скучному» миллиарду. Немногочисленные ископаемые находки указывают на то, что около 2 млрд лет назад на Земле появилась совершенно новая разновидность одноклеточных организмов. До этого все клетки существовали сами по себе, даже когда зависели друг от друга. Но, согласно революционной идее биолога Линн Маргулис из Массачусетского университета в Амхерсте, около 2 млрд лет назад одна клетка целиком поглотила другую. Однако вместо того, чтобы переварить поглощенный микроорганизм, более крупная клетка вобрала в себя малую, создав некий симбиоз, в результате которого развитие жизни на Земле необратимо изменилось.

Маргулис – человек весьма энергичный и многосторонний. Ее научная деятельность посвящена исследованию путей взаимодействия и совместной эволюции групп организмов; она рассматривает симбиотические связи и совместное использование биологических свойств как всеобщий принцип развития жизни. Ее идеи встретили активное сопротивление, отчасти потому, что отклонялись от общепринятой теории эволюции Дарвина, согласно которой эволюция осуществляется главным образом через мутацию и отбор. Несмотря на все разногласия, теория эндосимбиогенеза, сформулированная Маргулис, нашла признание и теперь разделяется почти всеми. Современные растения, животные и грибы состоят из клеток, включающих множество внутренних структур – митохондрий, которые действуют как микроскопические электростанции, преобразующие солнечную энергию в организмах, клеточных ядер, поддерживающих генетические молекулы ДНК. Эти и другие «органеллы» в объединенных сложных клетках имеют собственные мембраны и даже в некоторых случаях собственные молекулы ДНК. По мнению Маргулис, каждая органелла развилась из предыдущей, простейшей клетки, которая была поглощена более крупными клетками и, став их составной частью, выполняла свои биохимические функции. Как уже говорилось, это изменение началось около 2 млрд лет назад и подготовило почву для развития новых, более сложных многоклеточных форм жизни.

Маргулис видит причину эволюции жизни в симбиозе и объединении свойств несходных между собой организмов – этот подход она распространяет не только на эндосимбиогенез (что уводит ее далеко от воззрений большинства ученых). Один из ее выпадов, отчетливо сформулированный на выступлении перед геологами в Денвере, штат Колорадо, направлен на поддержку спорной идеи британского биолога Дональда Уильямсона. В 2009 г. Уильямсон предположил, что бабочки представляют собой слияние генетического материала двух совершенно различных живых существ – червеобразной гусеницы и крылатой бабочки. Противостояние еще больше усилилось, когда Маргулис воспользовалась своей привилегией члена Национальной академии наук сокращать процесс экспертизы и способствовала публикации статьи Уильямсона в престижном журнале академии – Proceedings . Это вызвало возмущение у ряда членов академии, которые назвали гипотезу Уильямсона нонсенсом, более подходящим для дешевых таблоидов, чем для периодического издания Академии наук. Маргулис сочла, что работа Уильямсона достойна серьезного исследования и дискуссии. «Мы вовсе не требуем, чтобы все непременно согласились с идеями Уильямсона, – заявила она, – но надо оценить их с научной точки зрения, а не с позиции предрассудков».

Независимо от конечного исхода данной полемики теория эндосимбиогенеза Маргулис стала общепринятой. Ко времени неопротерозоя сложносоставные клетки с ядрами и различными внутренними структурами уже получили широкое распространение и были готовы преодолеть следующий симбиозный порог. Более 600 млн лет назад одноклеточные организмы научились взаимодействовать, соединяться, специализироваться и разрастаться в целые колонии. Они подготовились к тому, чтобы превратиться в животных.

Древнейшее ископаемое свидетельство существования экосистем, в которых доминировали животные, приходится на так называемый Эдиакарский период, начавшийся около 635 млн лет назад, вскоре после второго из трех крупных оледенений. Первые, отчетливо различимые ископаемые остатки этого периода были обнаружены в горных породах возрастом 580 млн лет в Эдиакаре на юге Австралии (отсюда и название периода). Эти мягкотелые организмы, предположительно родственные медузам и червям, оставили симметричные отпечатки, похожие на блинчики с орнаментом или на причудливо резные листья до 60 см в диаметре. Похожие отпечатки были найдены по всему миру в породах, относящихся ко времени 610 и 535 млн лет назад. Самой замечательной из находок стали обнаруженные в богатых фосфором слоях Доушаньто на юге Китая возрастом 633 млн лет группы микроскопических клеток, интерпретированных как яйца и эмбрионы. Эти образования, выросшие на морских шельфах вскоре после Мариноанского оледенения, во всех отношениях выглядят идентичными современным эмбрионам животных.