Марк Мосевицкий - Распространненость жизни и уникальность разума?

• Название: Распространненость жизни и уникальность разума?
• Автор: Марк Мосевицкий
• Жанр: Биология
• Год: 2008
• ISBN: 5-86763-203-2

Исследование самых ранних осадочных пород показывает, что клеточные формы жизни присутствовали на Земле около 3.85 млрд лет тому назад, т. е. появились вскоре после создания совместимых с жизнью условий. Это означает, что доклеточная эволюция при всей ее сложности могла быть осуществлена в очень короткий срок (10–50 млн лет). Согласно другой версии, доклеточная эволюция происходила вне Земли (панспермия). В любом случае пример Земли позволяет предполагать широкое распространение жизни везде, где созданы подходящие для ее развития условия. С другой стороны, палеонтологическая летопись, начатая около 3.5 млрд лет тому назад, позволила выявить многочисленные кризисы (вымирания), приводившие к крутым разворотам в ходе эволюционного процесса. В основе эволюционных кризисов лежали природные катастрофы, вызванные падениями астероидов, глобальными оледенениями, длительными (в течение миллионов лет) истечениями лавы, изменениями газового баланса в океане и атмосфере. Бесчисленные воздействия на эволюцию оказывали также происходившие спонтанно мутации и горизонтальные обмены генетическим материалом. Благодаря наложению большого числа случайных факторов эволюционный процесс каждый раз является уникальным. На Земле после почти 4-х млрд лет существования жизни эволюционный процесс дал единственную ведущую к разуму ветвь гоминин (прямоходящих наследников шимпанзе). После многих критических ситуаций на этой ветви сохранился один побег – современное человечество. Отсутствие признаков существования других цивилизаций в доступном для общения космосе подтверждает весьма низкую вероятность выхода эволюции на маршрут, ведущий к разуму. Понимание природы кризисных событий, имевших место на Земле в прошлом, необходимо для того, чтобы, опираясь на все возрастающие возможности человечества, предотвратить наступление этих событий в будущем или хотя бы смягчить их последствия. Основной материал доступен широкому кругу читателей. Автор стремился также сделать книгу интересной для специалистов. Этим, в частности, объясняется большое число ссылок на последние публикации в научных журналах.

---

В качестве аргумента против возможности осуществления всего вышесказанного за указанный, казалось бы, значительный срок можно напомнить (и это уже документировано палеонтологическими находками), что клетки, подобные современным эукариотическим (ядерным) клеткам, появились почти через 2 млрд лет после того, как образовались бактерии. Однако новые структуры и функции, свойственные современным эукариотическим клеткам, отличающие их от бактерий, (цитоскелет, ядерная мембрана, ядерный матрикс, сложная организация хромосом, упорядоченные клеточные циклы и др.), хотя и являются весьма значимыми приобретениями, представляются по эволюционным меркам существенно менее масштабными по сравнению с отмеченными выше базовыми процессами и структурами, свойственными уже бактериям. При этом следует иметь в виду, что свои энергетические производства – митохондрии и хлоропласты – эукариоты приобрели благодаря поглощению бактерий и сохранению их в качестве органелл (эндосимбиоз). Более того, установлено, что значительное количество хромосомных (ядерных) генов также перенято эукариотами у бактерий (см. параграф 5.3.2). Эти прямые заимствования существенно облегчили формирование эукариотических клеток, которые, судя по отпечаткам, имели все признаки их современных потомков. И, тем не менее, этот процесс, как сказано выше, занял 2 млрд лет. Поэтому 300 млн лет как максимальный срок эволюционного приобретения базовых качеств, присущих современным клеткам, также кажется недостаточным.

Очевидно, что для выхода из созданного этими рассуждениями порочного круга необходимы дополнительные идеи. Первое и довольно очевидное предположение заключается в том, что стерилизация Земли в периоды плавления коры не была полной так же, как и испарение океанов, и благодаря этому сроки, отпущенные на раннюю эволюцию, могли быть существенно больше. Ранее мы уже отмечали возможность развития эволюционного процесса в атмосфере перегретой Земли. Высказано также предположение, что успевшие сформироваться термофильные клетки, способные существовать при 100 °C, могли сохраняться и эволюционировать в не полностью испарившихся океанах (Sleep et al., 2001). Если принять, что существующая ныне на Земле жизнь взяла старт после самого грандиозного в ее истории импакта, происшедшего 4.45 млрд лет тому назад (т. е. впоследствии полных стерилизаций уже не было), то на все этапы химической и предклеточной эволюций могло быть отпущено около 600 млн лет. Этот уже весьма значительный срок следует из предположения, что в осадочных породах, возраст которых 3.85 млрд лет, обнаружены следы только тогда появившихся примитивных клеток. Однако нельзя исключить, что существовавшие тогда клетки были уже существенно продвинутыми на пути эволюции, т. е. этапы химической и предклеточной эволюции уложились в более сжатые сроки. Эти вопросы можно будет решить, если удастся обнаружить осадочные породы, формировавшиеся в еще более древних океанах. Они могут находиться на большой глубине, что сильно затрудняет поиск. Обнадеживает то, что некоторые минералы (например соединения циркония), возраст которых достигает 4.3 млрд лет, уже обнаружены (Mojzsis et al., 2001; Menneken et al., 2007).

Другая версия возникновения жизни на Земле – панспермия, т. е. заселение Земли живыми организмами (спорами бактерий) из космоса.

4.2. О возможности внеземного происхождения земной жизни (панспермия)

Предположения о существовании жизни на других планетах Солнечной системы и в других звездных мирах высказывались уже давно. Джордано Бруно за такие мысли был сожжен инквизицией на костре. Это было на границе XVI–XVII веков. В начале XX века астрономы обнаруживали на Марсе растительность, сходную с высокогорной растительностью Земли, а вытянутые образования на поверхности планеты принимались за каналы, вырытые марсианами. Но в более поздних исследованиях эти данные не подтвердились. Тема нашествия марсиан на Землю, поднятая Уэллсом, не единожды волновала фантазию писателей. И Уэллс и его последователи всячески подчеркивали непохожесть марсиан и землян. Наверно, даже им мысль о марсианском происхождении существующей на Земле жизни показалась бы слишком неправдоподобной. Однако результаты последних исследований показывают, что эту версию не следует сбрасывать со счетов, хотя на самом Марсе следы жизни пока не обнаружены (Davies, 2003). Анализ метеоритов, приземлившихся за последние 150 лет в разных точках нашей планеты и подобранных “по горячим следам” или обнаруженных в ледяном панцире Антарктиды, показал, что некоторые из них, хотя и различаются как минералы, по ряду общих признаков могут быть объединены в отдельную группу. По первым буквам наименований метеоритов, включенных в эту группу, она названа SNC (McSween, 1985). Возраст принадлежащих группе SNC метеоритов (т. е. время, в течение которого они не претерпевали метаморфизма) не более 1.3 млрд лет. Этим, а также отсутствием силикатных гранул (хондрул) они отличаются от ровесников Солнечной системы углистых хондритов. Метеориты SNC схожи с земными минералами, однако отличаются по соотношению определенных элементов и изотопов. Поздний метаморфизм и ряд других факторов свидетельствуют о том, что метеориты SNC находились ранее в составе скальных пород крупной планеты. Важным аргументом в пользу марсианского происхождения метеоритов SNC явился состав газов, захваченных, по-видимому, в момент вылета, когда внешняя область метеорита была подплавлена. Оказалось, что в метеоритах ALHA7705 и EETA79001 изотопный состав идеальных газов (аргона, криптона, ксенона), а также азота уникален, если сравнивать с аналогичными данными для других классов метеоритов, но весьма схож с составом атмосферы Марса по данным, полученным космической станцией “Викинг”.

Минералогические и физико-химические исследования метеоритов SNC привели к ряду важных заключений. У некоторых метеоритов SNC присутствуют признаки ударного метаморфизма – свидетельство падения поблизости крупного космического тела. Именно взрывная волна, вызванная ударом (импактом), – практически единственная причина, которая могла заставить осколки пород покинуть родную планету. Данные по накоплению в метеоритах SNC изотопов 3He, 21Ne, 38A под действием космических лучей указывают, что самое длительное пребывание изученных метеоритов в космосе составило 11 млн лет. Для некоторых метеоритов определенное таким способом время блужданий в космосе оказалось значительно короче – 2.6 млн лет и 0.5 млн лет. Как возможные рассматриваются два варианта. Согласно первому из них, за последние 11 млн лет было несколько случаев падения на Марс крупных тел и, соответственно, выбросов фрагментов скальных пород в космос. Однако нельзя исключить, что все исследованные метеориты образовались из-за одного импакта 11 млн лет тому назад. Некоторые “камни”, выброшенные тогда в космос, были настолько крупными, что их внутренние области оказались защищенными от космического излучения. В космосе по той или иной причине (перепады температуры, столкновения, гравитационные поля) крупные камни разрушались, после чего отсчет времени пребывания в открытом космосе начинался и для внутренних фрагментов. В настоящее время трудно отдать предпочтение одной из этих версий.

Ранее в качестве косвенного довода против присутствия на Земле метеоритов с Марса отмечалось, что импакты происходили и на Луне, но лунные метеориты на Земле не обнаружены. Однако впоследствии они были найдены в Антарктиде (Marvin, 1984). Благодаря этим не оспариваемым никем находкам аргументы в пользу марсианского происхождения метеоритов SNC стали более весомыми.

Далее мы перейдем ко второму, главному для нас, направлению исследований метеоритов SNC, которое представляется еще более сенсационным, – обнаружению в них следов жизни. Еще в ходе первоначального изучения элементарного состава этих метеоритов были выявлены содержащие углерод включения, характеризовавшиеся 513С около -30%о, что указывало на их биологическое происхождение. Однако возникли подозрения, что эти включения – земные примеси. Поэтому последующие исследования проводились с большой тщательностью (Wright et al., 1989). Был выбран внутренний фрагмент метеорита ЕЕТА79001, обнаруженного в Антарктике в толще льда и потому предельно чистого. Путем ступенчатого сжигания была выделена та часть углерода, которая находилась в составе органических соединений. Для этого углерода значение 513С оказалось равным -33 %. Однако авторы не ставят вопрос, что обнаруженные ими органические соединения биологического происхождения, ограничиваясь констатацией их внеземного происхождения. Первое заявление о присутствии в метеоритах SNC биологического материала было сделано в работе МакКея и сотр. (McKay et al., 1996; 2003). В найденном в Антарктике метеорите ALH84001, который также причисляют к марсианским, авторы обнаружили окаменелости с включенными кристаллами магнетита (Fe3O4) и грейгита (Fe3S4), похожими по размерам, форме и степени чистоты на магнетосомы, производимые земными магнитотаксическими (ориентированными по магнитному полю) микроорганизмами (magnetotactic bacteria). Позже для исследования тех же объектов была применена сканирующая стереоскопическая электронная микроскопия (Friedmann et al., 2001). Были выявлены цепочки магнетитовых гранул. Эти гранулы существенно отличались по размерам и форме, но в отдельной цепочке они всегда были одинаковые (Рис. 3Д-Ж). Именно эта картина характерна для земных магнетотактных бактерий. Авторы полагают, что на Марсе колонии бактерий обитали в расщелине скалы. В результате мощного взрыва при импакте обломок скалы с замурованными в ее трещинах бактериями был выброшен в космос и вышел на гелиоцентрическую орбиту. Через несколько сотен тысяч или миллионы лет марсианский камень удачно, т. е. без сильных повреждений приземлился в Антарктике, где был обнаружен в толще материкового льда.