Питер Уорд - Новая история происхождения жизни на Земле

• Название: Новая история происхождения жизни на Земле
• Автор: Питер Уорд
• Издательство: Питер
• Жанр: Биология
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-02014-5

Общепринятая история происхождения жизни на Земле устарела. Двое ученых, Питер Уорд и Джозеф Киршвинк, предлагают книгу, в которой собраны все выводы последних исследований. Авторы показывают, что многие наши прежние представления об истории происхождения жизни неверны. Во-первых, развитие жизни не было неторопливым, постепенным процессом: катаклизмы способствовали формированию жизни больше, чем все остальные силы вместе взятые. Во-вторых, основа жизни — углерод, но какие еще элементы определили ее эволюцию? В-третьих, со времен Дарвина мы мыслили в категориях эволюции видов. На самом деле имела место эволюция экосистем — от подводных вулканов до тропических лесов, — которые сформировали мир, каким мы его знаем. Опираясь на свой многолетний опыт в палеонтологии, биологии, химии, астробиологии, Уорд и Киршвинк рассказывают историю жизни на Земле, такую фантастическую, что ее трудно представить, и в то же время такую знакомую, что нельзя пройти мимо.

---

Геохронологическая шкала остается не только единственным инструментом датировки всех пород на Земле, причем с учетом их возраста, а не структурных качеств, но и средством датирования событий в истории развития жизни. Геохронологическая шкала является тщательно разработанной в XIX веке системой, но ее сложные названия, неравные и на первый взгляд непохожие друг на друга временные интервалы чаще мешают, чем помогают работать. Тут дело не в принципах, на которых она была основана, а в бюрократической формализации, придавшей ей современный вид. Только в последнее десятилетие были предложены варианты новых «периодов». Формулирование этих двух периодов и их использование являются центральным звеном нашего нового понимания истории развития жизни: криогений (800–600 млн лет назад) и следующий сразу за ним эдиакарий (610–542 млн лет назад).

Как появилась шкала образца 2015 года?

Первая половина XVIII века ознаменовалась зарождением геологии как научного направления, а также были сделаны первые шаги к созданию геохронологической шкалы, которая приобрела свой современный вид уже позднее. В течение этого времени были обозначены различные эры, эпохи и периоды, которые пришли на смену старой системе[15]. До 1800 года считалось, что каждая порода на Земле относится к своему специфическому времени. Магматические и метаморфические породы, сердцевина любой горы и вулкана, представлялись самыми древними земными породами. Осадочные породы как результаты череды мировых наводнений считались более молодыми. Этот принцип, названный нептунизмом, развился наконец до состояния, когда стали считать, что различные осадочные породы имеют различный возраст. Виды белого мела, которые можно найти повсюду вплоть до северных пределов Европы, а также в Азии, относились к одному возрасту, отличному от песчаников и тем более — от глинистых сланцев. Но в 1805 году было сделано открытие, которое изменило все: английский геолог Уильям Смит[16] впервые указал на то, что существует некая последовательность ископаемых окаменелостей, но не по их литологической структуре, а по положению в самих породах. Он доказал, что различные породы могут относиться к различным временным периодам, но одна и та же последовательность типов окаменелостей может быть обнаружена в различных, и притом далеких друг от друга, регионах.

Результатом работы Уильяма Смита стал принцип фауновой последовательности, который дал возможность создать геохронологическую шкалу в ее современном виде[17]. Ключом к этому созданию стала жизнь, жизнь, сохраненная в окаменелостях, а относительная разница в содержании окаменелостей позволила разграничить последовательности пород, находящихся на поверхности Земли. В самый крупный подраздел вошли более древние породы без ископаемых окаменелостей — породы, которые находились под теми, в которых окаменелости встречались. Самый древний слой, который содержал ископаемые окаменелости, был назван кембрием, или кембрийским периодом, в честь уэльского племени, и, таким образом, все породы, которые были старше этого периода, получили название докембрийских. Породы, содержащие ископаемые останки, включая кембрий и после него, получили название «фанерозой», или «фанерозойский эон». Протерозой — эон, который последним предшествовал появлению большого количества живых организмов, — пришел на смену архею, а перед ним — катархею.

Очень быстро получили свои названия также эры и периоды фанерозоя. За несколько десятилетий добросовестного научного поиска, анализа и учета ископаемых останков (были сведены вместе и сопоставлены первые и последние по времени образования ископаемые образцы в напластованиях) стало понятно, что фанерозой можно разделить на три крупных временных отрезка — по признаку накопленных ископаемых. Самый древний был назван палеозоем (греч. «древняя жизнь»), средний — мезозоем, а последний — кайнозоем.

Многие наименования геологических периодов, которые мы используем и по сей день, существовали еще до появления названий эр и эонов. Вот они (в порядке уменьшения геологического возраста): кембрий, ордовик, силур, девон, каменноугольный (это европейское название, в североамериканской геологической науке принято подразделять этот период еще на миссисипский и пенсильванский) и пермский периоды образуют палеозой; триас, юра и мел образуют мезозой; палеоген и неоген (раньше назывались третичный период), а также четвертичный период образуют кайнозой.

Геологическая временная шкала — современный формат (дополненная по «Новой геологической временной шкале» Феликса Градштейна — Felix M. Gradstein et al. «A New Geologic Time Scale, with Special Reference to Precambrian and Neogene,» Episode 27, no. 2, 2004: 83–100).

К 1850 году все периоды оказались на своих местах, и новые подразделения вводились очень редко, хотя многие геологи XIX века и предпринимали амбициозные попытки обозначить целый новый период, что в те времена означало не более чем просто смену старых наименований. Только одна такая попытка по-настоящему удалась, и принадлежала она английскому ученому Чарльзу Лэпворту[18], который выделил ордовикский период, доказав, что некоторые верхние слои кембрия и нижние слои силура заслуживают объединения в отдельный слой и период. Лэпворт смог убедить в своей правоте коллег-ученых, и в 1879 году появился новый период. К тому времени двое первооткрывателей геологических названий: Адам Седжвик (кембрий) и Родерик Мерчисон (силур и пермь) умерли, и Лэпворт занял освободившийся трон. Все они были весьма тщеславны и яростно сражались за «свои» периоды.

Самым большим изменением геохронологической шкалы, которое повлияло на понимание истории развития жизни, было добавление криогения[19] и эдиакария[20] в протерозойский эон — период, когда жизнь готовилась к мощному скачку в развитии животного мира. Однако задолго до быстрого развития эволюции не только многоклеточных животных, но и жизни как таковой. Земля должна была стать планетой, способной поддерживать существование жизни.

Глава 2 Как Земля стала Землей: 4,6–4,5 миллиарда лет назад

Мы теперь уже не верим в то, что Земля — центр мироздания, центр Солнечной системы, единственное место во Вселенной, где есть жизнь и разумные существа, подобные Богу-творцу, как верили в это многие, даже самые просвещенные, умы Возрождения. Сейчас нам известно, что Земля — одна из многих подобных ей планет, и жизнь также может оказаться совершенно заурядным явлением. Самыми недавними подтверждениями этому являются исследования землеподобных планет, или ЗПП[21].

С 1990-х годов к настоящему моменту произошли два важных изменения, совершенно особенных и перестроивших всю систему знаний об истории жизни на планете. Во-первых, до недавнего времени геологи и палеонтологи почти не обращали внимания на тот факт, что наша планета — лишь одна из многих планет. А во-вторых, в соответствии с этим первым «модным» представлением, внимание не уделялось и тому, что жизнь также может быть не уникальна, а иметь аналоги в необъятном космосе. Открытие планет, вращающихся вокруг других звезд, полностью изменило такой порядок вещей как для науки, так и для всего человеческого общества[22]. Поменялись исследовательские приоритеты, и сейчас научный интерес, помимо Земли, направлен и на другие планеты, которые назвали экзопланетами. Перемены в научных взглядах затронули не только астрономию и специализированные отрасли геологии, но и биологию, и даже религию. Джефф Марси, один из первых исследователей экзопланет, вспоминает, что среди множества телефонных звонков, которые на него посыпались после тех памятных открытий, одним из первых был звонок из Ватикана. Католическая церковь, искушенная в астрономии, хотела знать, может ли существовать жизнь на недавно открытой планете и какие последствия для религии это будет иметь.

Самая первая экзопланета была обнаружена в 1992 году (вращается вокруг звезды-пульсара)[23], затем — в 1995 году — обнаружили планету, которая вращается вокруг звезды главной последовательности, то есть такой, которая скорее будет способствовать возникновению и поддержанию жизни, чем пульсары, поскольку у последних есть дурная привычка выбрасывать на соседние планеты большие потоки уничтожающей жизнь энергии. А всего лишь год спустя после обнаружения этой второй планеты было сделано еще одно астрономическое открытие, подстегнувшее дискуссии в науке, а также в политике и обществе: из NASA сообщили о метеорите с Марса[24], на котором нашли возможные признаки жизни (а может, и ископаемые останки микробов). Последовательность этих открытий положила начало новому научному направлению — астробиологии.

На исследования в области истории развития жизни были выделены огромные суммы, в том числе на изучение таких проблем, которые раньше очень скудно финансировались, например, происхождение и природа первой жизни на Земле. Все это произошло в конце 1990-х, и к началу нового века названные отрасли науки стали одними из самых быстро развивающихся. События эти трансформировали науку в целом и продолжают оказывать влияние на историю развития жизни на Земле, тему данной книги и на наше представление о возможной жизни на других планетах и об истории этой «другой» жизни.