Глава   5 ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ПЕРВЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА

Живое вещество состоит из органических молекул, весьма разнообразных и сложных, благодаря способности углерода образовывать крупные полимерные цепочки, кольца, присоединяя атомы других элементов, главные из которых водород, кислород, азот, фосфор. Органические молекулы составляют нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы и другие соединения, из которых построены живые организмы. Все они являются звеньями пищевой цепочки, другими словами, каждый организм пригоден для пищи какому-либо другому. Это свидетельство в пользу общности происхождения всех разнообразных проявлений жизни.

По мнению академика А.И.Опарина, важнейшим свойством живых организмов является упорядоченный обмен веществ. Кроме этого, живые существа должны обладать механизмом передачи наследственных признаков и воспроизведения себе подобных.

Особенностью живого вещества является его дискретность, выражающаяся на разных уровнях в виде организма, популяции, вида и т.д. Надорганизменные образования гораздо устойчивее, чем отдельные организмы, хотя количество организмов, их обновление прямым образом влияет на эту устойчивость. Размножение организмов должно обеспечиваться сохранением информации ее передачей из поколения в поколение.

Учитывая весьма небольшой набор элементов, из которых состоят органические ..молекулы, можно с уверенностью заключить, что строительного материала в первичной атмосфере и гидросфере было вполне достаточно. Это водяные пары, СО2, СО, H2S, NH3, CH4, карбиды и другие распространенные соединения. В процессе экспериментов по моделированию процессов биогенеза ("биопоэза" по Дж.Берналу) было сделано открытие, заключающееся в том, что хаотические соединения элементов вполне могли привести к синтезу органических молекул, но лишь при условии Воздействия жесткого ультрафиолетового космического излучения в качестве источника энергии..

Многочисленные эксперименты, моделирующие процесс образования "органических" молекул в результате неорганических процессов в условиях первичной бескислородной атмосферы, показали, что это не только возможно, но осуществимо многими способами. Такие процессы были не единичными и случайными, но весьма типичными в тех условиях, подобно образованию капель дождя, кристаллов солей и т.п. Эксперименты показали также (Руттен, 1973, и др.), что вполне возможным без участия организмов был и последующий процесс - формирование из этих первичных "органических" молекул различных полимеров: полипептидов, нуклеиновых кислот и далее белков, i

Следующий шаг - объединение первичных молекул в более крупные частицы и их обособление - коацерватные капли. Этот процесс был назван коацервацией (Бунгенберг де Ионг). Коацерва-

ция, по-видимому, происходила при вспенивании с участием поляризованных молекул. Коацерват-ные капли обязательно должны были обособиться с помощью мембран, позволяющих сохранять   ' отличные от окружающей среды состав и энергетический уровень. Мембраны были полупроница- " емыми, обеспечивая обмен веществ с окружающей средой —метаболизм. Поглощение пищи и дыхание обеспечивали организм необходимыми материалами и энергией. Наконец, для продолжения жизни требуется воспроизведение себе подобных с передачей им наследственной информации. Воспроизведение (редупликация) осуществляется по "инструкции", заложенной в полимерных цепочках нуклеиновых кислот, хотя происходили и мутации, позволившие приобретать новые свойства и приведшие к поразительному разнообразию жизненных форм.

Переход от бескислородной к кислородной атмосфере начался около 1,8 млрд. лет назад, но только к концу силура (~420 млн. лет назад) кислорода в атмосфере стало достаточно много, чтобы надежно защищать поверхность Земли от губительного для жизни ультрафиолетового излучения.

Первоначально живые клетки не имели ядра (прокариоты); позднее от них произошли клетки с более сложной организацией, имеющие ядро (эукариоты).

Первые организмы были гетеротрофными, то есть могли использовать для питания только органические вещества. Автотрофные организмы, которые могли потреблять неорганические вещества, сформировались позднее, с появлением такого энергетически выгодного процесса, как       -фотосинтез. Среди микроорганизмов выделяются фототрофные, использующие солнечную энер-рию, и хемотрофные, пользующиеся энергией химических реакций.

Лишь с появлением настоящих живых организмов начался этап развития жизни, который можно зафиксировать находками фоссилий, то есть с использованием палеонтологического метода. {       Искать следы древней жизни надежнее на территории щитов. Породы докембрия обычно глубоко метаморфизованы, что почти не оставляет шансов на успех. Однако на некоторых фрагментах щитов породы удивительным образом избежали   сильного метаморфизма. Например, надсерия Свазиленд (возраст 3,2 млрд. лет) на юге Африки, некоторые районы Канадского щита (2,7 млрд. лет) и др. j       Древнейшие свидетельства жизни - это молекулярные ископаемые, то есть фрагменты крупных органических молекул, входивших когда-то в состав организма.

Рис. 34. Древнейшие прокариоты - цианобионты (сине-зеленые водоросли) - в виде шариков и нитей (увеличено). (По Б.А.Келлеру, 1948)

| Древнейшими организмами, очевидно, были представители прокариот - бактерии, а также цианобионты, или, как их иногда продолжают называть по старинке, сине-зеленые водоросли, хотя это не водоросли и вообще не растения (рис. 34). С растениями цианобионтов сближает наличие хлорофилла. Именно эти организмы впервые начали выделять кислород в процессе фотосинтеза. Бактерии и цианобионты - важнейшие организмы докембрия, имеющие значение для анализа первых этапов развития органического мира. С их жизнедеятельностью связаны формирование кислородной атмосферы, общий круговорот углерода, накопление карбонатных и железорудных формаций (джеспилитов), пирита, серы, фосфоритов и др. Фоссилизирован-ные остатки бактерий обнаружены в кремнистых породах возраста 3,5 млрд. лет, проблематичные находки имеют воз-

раст Около 3,8 млрд. лет. Примерно такими же возрастными отметками датируются находки циа-нобионтов.

Слизистые нити цианобионтов не могли сохраниться в ископаемом состоянии, однако находят карбонатные пластинки - следы их жизнедеятельности, - которые называются строматолитами. Они бывают пластовой, желваковидной, столбчатой формы. Другая разновидность - отолиты - представлена небольшими сферическими концентрически-скорлуповатыми образованиями, возникшими, к примеру, путем обрастания песчинки или небольшого камешка, тогда как строматолиты сплошь покрывали какую-либо поверхность. Корочки строматолитов, нарастая друг на друга, формировали карбонатные толщи мощностью сотни метров. Кроме этих двух форм встречаются катаграфии - неслоистые узорчатые образования, состоящие из слипшихся комочков.

Первые древнейшие настоящие ископаемые были найдены в формации Ганфлинт на Канадском щите (Онтарио) возраста около 2 млрд.

Остатки микроорганизмов, состоящих из преобразованного фоссилизацией органического кислотоустойчивого вещества, округлой формы, сплющенные либо объемные, размером 3-30 мкм - это мик-рофитофоссилии, которые еще называют акритархами. Они являются, скорее всего, остаткам^ одноклеточных водорослей. Особенно много их в отложениях позднего докембрия, начиная со среднего рифея (1400 млн. лет). Примерно в это же время появились многоклеточные водоросли и грибы. Приблизительно на рубеже среднего и позднего рифея (1 млрд. лет) - первые многоклеточные животные (рис. 35). Возможно, одновременно с ними появились известковые водоросли.

Рис. 35. Общая стратиграфическая шкала докембрия России и развитие органического мира. Границы геохронологических подразделений даны по датировкам региональных подразделений докембрия России (по Б.С.Соколову, 1977, с изменениями авторов)

Есть все основания полагать, что к венду (~670-680 млн. лет назад) жизнь в море существовала в достаточно высокоорганизованных формах и была распространена повсеместно. Находки вендских ископаемых чрезвычайно редки, но не потому, что их было мало, а из-за отсутствия у них скелета или панциря. Ископаемые беспозвоночные вендского возраста впервые были найдены в Южной Австралии, в хр.Флиндерс близ Эдиакары, бассейн Аделаида (рис. 36). Затем подобные

находки были сделаны и на других платформах, в том числе и в России, на берегу Белого моря. Эти удивительные ископаемые были изучены и реконструированы русскими учеными Б.С.Соколовым и М.А.Федонкиным. Большая часть организмов представлена кишечнополостными, а также кольчатыми червями и членистоногими; присутствуют также формы неясного систематического положения, в частности петалонамы и др.

Лишь в начале кембрия многие группы животных приобрели способность выделять твердые раковины, панцири, скелеты и т.д., которые сохранялись в ископаемом состоянии гораздо лучше, чем мягкие ткани животных. Причины этого явления не понятны до конца; возможно, такая способность была связана с временным снижением содержания углекислого газа в атмосфере.

Рис. 36. Реконструкция фауны Эдиакары (венд, Южная Австралия),

сделанная М. Глесснером и М. Уэйдом (Glaessner, Wade, 1966)

Кишечнополостные: / - Ediacaria flindersi, 2 - Beltanella gilesi, 3 - Medusinites asteroides, 4 - Mawsonites spriggi, 5 - Cyclomedusa davidi, 6 - C. plana, 7 - Conomedusites lobatus, 8 - Rangea longa, 9 - Arborea arborea, 10 - Pteridinium simplex, кольчатые черви: 11 - Spriggina flounderi, 12 - Dickinsonia costata, 13 -D. elongata, 14 - D. tenuis, членистоногие: 15 - Parvancorina minchami, 16 - Praecambridium sigillum, другие организмы: 17 - Tribrachidium heraldicum, 18 - шарообразные студенистые тела

В свете всего изложенного выше об особенностях развития жизни на Земле становится понятным смысл используемого иногда термина криптозой (греч. криптос - скрытый, тайный; зоэ - жизнь) - "время скрытой жизни", - который был предложен А.Чедвиком в 1950 г. как синоним докембрия в противовес его же термину (1930) фанерозой (греч. фанерос - явный, зоэ - жизнь), т.е. "время явной жизни". Фанерозойский эон объединяет палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры (греч. палеос - древний, мезос - средний, кайнос - новый, зоэ - жизнь). В последние годы криптозойский эон заменили двумя акронами: архейским или археозойским (греч. архэос древний, зоэ - жизнь) и протерозойским (греч. протерос - первичный, зоэ - жизнь). Видно, что в основу названий всех крупнейших геохронологических подразделений положен единый принцип, основанный на оценке эволюции органического мира.