Discovery - Читать Статьи

В начале была вода

Рассказать друзьям

Вопрос о происхождении жизни на Земле издавна занимает человечество. Одни верят, что все сущее создано Богом, другие считают жизнь результатом грандиозного эксперимента высокоразвитой инопланетной цивилизации, иные полагают, что живые существа появились на Земле случайно, занесенные из космоса каким-то шальным метеоритом. Но большинство ученых убеждено в том, что подлинный источник жизни на нашей планете - вода.

Дмитрий КАЗЁННОВ

Земля, подобно стареющей даме, тщательно скрывает свой возраст. Поэтому ученые исчисляют его весьма условно - от 4 до 5 миллиардов лет. В то страшно далекое время частицы гигантского облака космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, спрессовались в раскаленный шар. Горячий пар поднимался с его поверхности, окутывая новорожденную планету густой пеленой. Пар постепенно охлаждался и превращался в воду, низвергавшуюся на пылающую Землю шквалом непрерывных ливней. Когда дожди охладили раскаленную планету, вода перестала испаряться, собираясь в огромные «лужи» во впадинах земной поверхности. Постепенно образовался огромный доисторический океан, ставший грандиозной колыбелью жизни на нашей планете.

Планета бурь
Если бы около 3,5 миллиарда лет назад некий космический путешественник надумал посетить Землю, его взору предстала бы унылая картина. Голые равнины без единого клочка зелени, невысокие горы, глубокие расщелины. Небо рассекают молнии, хлещет тропический ливень. Две трети поверхности планеты занимает океан без признаков жизни. Земля содрогается от постоянных толчков, из расщелин вырываются облака пыли и пара, а из вулканических конусов выплескиваются потоки лавы. И оглушительный хаос звуков - рев бури, грохот волн и извергающиеся вулканы. Без скафандра не продержаться: в атмосфере доминируют водород и ядовитые газы, а Солнце заливает планету потоком ультрафиолетового излучения. Кажется, в этом хаосе нет места ничему живому, но все-таки жизнь, подобно растению, пробивающемуся сквозь камень, смогла проложить себе дорогу.

Необходимое «сырье» для создания органических веществ на нашей планете - вода, водород, аммиак и метан - имелось в избытке. Нужно было лишь правильно «воспользоваться» этими ингредиентами.

Природе спешить некуда, поэтому первый миллиард лет существования Земли продолжался грандиозный эксперимент, в результате которого появились аминокислоты - органические соединения, являющиеся структурными элементами белков, а также ДНК. Все эти элементы образовались в воде (по утверждению одних ученых - в океане, по мнению других - в небольших изолированных водоемах) благодаря воздействию электрических разрядов молний, высокой температуры и космического излучения. Возник так называемый «первичный бульон», ставший средой обитания самых первых существ на Земле - прокариотов, примитивных одноклеточных организмов без оформленного ядра. Эти похожие на бактерии существа были анаэробами, проще говоря - обходились без кислорода. А энергию для жизни и самовоспроизводства они получали, перерабатывая органические вещества «первичного бульона».
В начале архейской эры (3,9-2,5 миллиарда лет назад) жизнь на нашей планете существовала лишь в тоненькой бактериальной пленке, нашедшей пристанище на дне доисторических водоемов. Но великий творец Природа продолжает свои эксперименты: появляются новые формы жизни - водоросли, содержащие хлорофилл. Благодаря хлорофиллу заработал процесс фотосинтеза, побочным продуктом которого стал кислород. Миллиард лет он насыщал воду, где обитали прокариоты и первые растения, поднимался в атмосферу. Кислород был смертелен для многих древних ферментирующих организмов, но другие микроскопические существа со временем к нему приспособились и начали бурно развиваться. Эволюционируя и совершенствуясь, микроорганизмы превратились в медуз, полипов, плоских червей, моллюсков и иглокожих, которые царили в океане к концу протерозоя (2,5 миллиарда - около 540 миллионов лет назад).
Первые растения планеты - микроскопические водоросли - оставляли после себя настоящие «памятники». Взаимодействуя с частицами ила и грунта, за сотни миллионов лет они создавали целые подводные сооружения - строматолиты, плотные слоистые образования, достигающие 1-2 метров в высоту. К слову, строматолиты образуются и по сей день в мелководных, хорошо прогреваемых соленых водоемах. Некоторые ученые полагают, что высота древних строматолитов могла доходить до 15 метров. Измельчали они потому, что появились растительноядные животные, для которых водоросли были любимым лакомством. С появлением этих прожорливых врагов растениям просто не хватало времени для воздвижения крупных «памятников».
Между тем время шло, наступил палеозой, начавшийся около 540 миллионов лет назад и продолжавшийся примерно 290 миллионов лет. В эту эру произошли события, важность которых для жизни на нашей планете трудно переоценить.

Но осадок остался...
От фауны архея и протерозоя не сохранилось почти никаких следов, поскольку древнейшие примитивные организмы состояли лишь из мягких тканей. Палеозой же дает ученым куда более богатый материал для исследования. Вот, например, трилобит - представитель класса членистоногих со множеством конечностей и мощным панцирем, благодаря которому его облик «растиражирован» в огромном количестве окаменелостей. Ученые насчитали свыше 10 тысяч видов и 5 тысяч родов этих удивительных созданий. Или брахиоподы - морские беспозвоночные животные, защищенные раковиной. Тысячи видов брахиопод густо покрывали океанское дно начиная с раннего палеозоя. Как ни странно, несколько сот разновидностей этих существ смогли дожить до наших дней, в то время как останки их незадачливых ископаемых сородичей ученые-палеонтологи аккуратно извлекают из известняка каменноугольного периода. Ничего не поделаешь - выживает сильнейший.
Реконструкция облика давно вымерших животных - чрезвычайно увлекательное занятие. Погибая, морские обитатели опускались на дно, где их покрывал ил или песок. Со временем грунт вместе с погребенными в нем останками организмов уплотнялся, превращаясь в камень. Мягкие ткани полностью разлагались, но отпечатки раковины моллюска или панциря огромного - до 2 метров в длину! - ракоскорпиона эвриптерида зачастую сохранялись неповрежденными. Слои песка и ила с окаменелостями откладывались друг на друга многие миллионы лет. Время от времени Землю сотрясали мощные геологические катаклизмы, дно океана выталкивалось наверх и становилось частью суши вместе с вкрапленными в грунт отпечатками древних животных. Зачастую необузданная сила природной стихии превращала дно в вершины гор, поэтому слои горных пород с древними окаменелостями для современных исследователей, геологов и палеонтологов, несут ценнейшую информацию.

Окаменелости подобны древнему манускрипту: необходимо правильно расшифровать «текст», чтобы понять, как развивалась жизнь на Земле и как выглядели ее древнейшие обитатели. Исследуя запечатленные в камне останки, палеонтологи восстанавливают облик исчезнувших животных.

Ученые используют в работе самое современное оборудование - например, микротомограф, с помощью которого изучают внутреннее строение объектов. В микротомографе образец сканируется рентгеновскими лучами, затем строится трехмерное изображение ископаемого снаружи и изнутри, включая скрытые от глаз наблюдателя детали внутреннего строения. Так российские ученые исследовали окаменевшие одноклеточные ископаемые водоросли весьма почтенного возраста, около 2 миллиардов лет, сделав их объемную «фотографию».
Благодаря изучению окаменелостей мы знаем, что именно в палеозойскую эру в океане появляются первые рыбы - остракодермы. Интересно, что они первыми из живых существ обзавелись позвоночником. Но был у них и серьезный недостаток: эти создания не имели челюстей, им приходилось всасывать беззубым ртом питательные вещества из донного ила. Для появления более совершенных видов рыб потребовались еще миллионы лет.
К изумлению исследователей, иные «вымершие» рыбы встречаются и в наши дни. В 1938 году у побережья Южной Африки попался в сети весьма экзотический улов - кистеперая рыба, которая «в теории» должна была исчезнуть около 7 миллионов лет назад. Случайность? Но в скором времени рыболов-любитель поймал второй «вымерший» экземпляр. Феноменом занялись ученые, исследовали этот чудом уцелевший вид и назвали древнюю рыбу латимерией. В наши дни латимерии обитают в районе Коморских островов.

Вперед, на сушу!
В палеозое Земля претерпевала постоянные и серьезные трансформации: менялся рельеф суши, океанского дна, положение континентов, климат и т. п. Разумеется, все это отражалось на жизни и развитии всех живых существ. Потоки воды затопляли сушу, затем отступали, оставляя после себя толстые слои ила, богатые органическими веществами. У жизни появились замечательные перспективы покинуть свою водную колыбель и приступить к освоению суши. Этот процесс растянулся на десятки миллионов лет.
Первыми «колонистами» стали растения, поселявшиеся в толще прибрежного ила у океанского (морского) побережья или изолированных пресных водоемов. Древнейшими представителями этой «земноводной» флоры были псилофиты - невысокие травянистые или кустарникообразные растения без корней, размножавшиеся спорами. Вскоре псилофиты сошли со сцены, а их место заняли плауновидные, хвощевые и папоротникообразные. Именно эти виды, лучше приспособленные к жизни на суше, сформировали первую настоящую наземную флору, включавшую и древовидные растения, среди которых выделялись 40-метровые лепидодендроны и 30-метровые сигиллярии. Под их сенью располагались хвощеобразные пирамидальные каламиты и различные папоротники. Со временем Земля покрылась густыми тропическими лесами. Образно говоря, растения подготовили «декорации» для появления на суше первых «действующих лиц».
Благодаря растениям почва стала плодородной, а полное отсутствие межвидовой конкуренции обещало безоблачное существование любому животному, решившему перебраться на сушу. И ее колонизация началась! Ученые полагают, что первыми сухопутными животными стали мелкие растительноядные беспозвоночные онихофоры, многоножки, низшие насекомые аптериготы и паукообразные (скорпионы). Поначалу они не уходили далеко от воды, поскольку к жизни в новой среде надо было еще привыкнуть: совершенствовать опорно-двигательную систему, развивать органы дыхания, обезопасить себя от обезвоживания в жарком тропическом климате. Все эти непростые задачи были решены за миллионы лет эволюции.
Вслед за беспозвоночными на сушу потянулись и позвоночные - рыбы. На землю они поползли не от хорошей жизни: когда беспокойное море палеозоя меняло свои границы и отступало, многие морские обитатели не успевали «эмигрировать» следом и поневоле оставались в мелких, часто высыхающих озерах или болотах. Сначала на суше попытали счастья двоякодышащие рыбы, у которых развились примитивные легкие. Но их для новой жизни было недостаточно: нужно и как-то передвигаться. И тогда появились уже знакомые нам кистеперые рыбы, приспособившие свои плавники для перемещения по земле. Сначала рыбы ползали по грунту, затем научились ковылять. Постепенно они стали проводить все больше времени вне воды, жабры исчезали, а плавники трансформировались в лапы. В итоге кистеперая рыба окончательно перебралась на сушу, став предком всех сухопутных позвоночных животных.

Глядя на рыбок, беспечно резвящихся в прудах или аквариумах, трудно представить, что их сородичи в незапамятные времена покинули родную стихию и отправились покорять сушу. Но и некоторые современные рыбы способны на подвиги: так, рыба-ползун умеет не только передвигаться по земле, но даже забираться на деревья.

Активно осваивали твердь земноводные (амфибии) и пресмыкающиеся (рептилии), между ними развернулась упорная борьба за господство в новой среде. Победа осталась за пресмыкающимися. Появились на земле и насекомые, которые, благополучно пережив все планетарные катаклизмы, сегодня доставляют нам немало хлопот. Уже в палеозое их было около 800 видов. Вероятно, предки насекомых облюбовали для себя стволы и кроны деревьев: летать они пока еще не могли. Лишь после длительной эволюции и жесткого естественного отбора природа наградила многие виды насекомых великолепным летательным аппаратом. Он настолько хорош, что многие его обладатели дожили до современности - стрекозы, тараканы, представители прямокрылых и равнокрылых. В палеозое насекомые были единственными летающими животными, причем некоторые виды стрекоз были гигантскими: размах их крыльев достигал метра.
Сегодня насекомые составляют около 80% всех животных на Земле: современная фауна насчитывает, по разным оценкам, от 2 до 5 миллионов видов этих членистоногих! Причем науке известно «всего лишь» чуть более миллиона. Поэтому, отпугивая спреем назойливых комаров или гоняясь с тапком в руках за пронырливым тараканом, помните: вы воюете с теми, чья «родословная» на сотни миллионов лет древнее нашей. И еще большой вопрос, за кем останется последнее слово в борьбе между Homo sapiens, самонадеянно считающим себя венцом природы, и маленькими созданиями, сумевшими пережить динозавров...

Точка отсчета
Недавно британские ученые объявили о сенсационном открытии: в Атлантическом океане на глубине 780 метров обнаружен возможный источник жизни на Земле. Любители сенсаций поспешили назвать это место «потерянным городом». По мнению исследователей, здесь существуют уникальные химико-биологические и температурные условия, благоприятные для синтеза химических соединений и последующего превращения полученных структур в живую материю. Лондонская Daily Telegraph сообщает, что исследователи, изучившие глубинную микросреду, пришли к выводу, что именно здесь вырабатываются молекулы углеводородов, являющиеся своеобразными «кирпичиками» клеточной жизни.
Однако российские ученые не разделяют оптимизма британских коллег. По мнению председателя научного совета по физиологическим наукам РАН академика Юрия Наточина, ключевым фактором возникновения живых организмов является синтез белков из нуклеиновых кислот, а содержащийся в морской воде натрий препятствует этому процессу. Для синтеза необходим калий, который мог в достаточных количествах присутствовать в глинистых почвах. Отсюда вывод: жизнь зародилась не в океане, а в небольших углублениях глинистых почв, где скапливалась вода. Проще говоря, первая протоклетка - предшественник полноценной клетки - могла образоваться в обыкновенной лужице дождевой воды. Но как ни крути, а «без воды и ни туды, и ни сюды»...
Бурные ученые споры продолжаются, версиям и гипотезам нет (да, наверное, и не будет) конца. Нас ждет еще немало удивительных открытий, благодаря которым мы сможем лучше узнать о великом таинстве - зарождении всего живого на нашей планете.

Ключевых слов нет...

Рассказать друзьям