Жизнь на Земле. Естественная история - Эттенборо Дэвид

Многим ученым не верилось, что крохотные микроорганизмы вообще могли подвергнуться окаменению, а уж то, что окаменелости эти уцелели на протяжении столь долгого времени, и вовсе казалось невероятным. Раствор кремнезема, пропитавший мертвые организмы и затвердевший в кремни, был, несомненно, самым прочным из всех существующих средств консервации. Находка окаменелостей в Ганфлинт-Черте стимулировала дальнейшие поиски не только в Северной Америке, но повсюду в мире, и другие микроокаменелости были найдены в кремнеземе Африки и Австралии. Некоторые из них, как ни удивительно, оказались старше Ганфлинт-Черта на миллиард лет. Однако, если мы хотим разобраться в том, как возникла жизнь, нам необходимо заглянуть еще на миллиард лет раньше, в ту эпоху, когда Земля была совсем безжизненной и только остывала после своего рождения.

Тогда наша планета почти во всех отношениях резко отличалась от той, на которой мы обитаем теперь. Окружавшие ее облака водяных паров уже сконденсировались и образовали моря, которые еще долго оставались горячими. Мы не знаем, как распределилась тогда суша, но в любом случае ничего похожего на современные материки не было — ни по форме, ни по местоположению. Бесчисленные вулканы извергали лаву и пепел. Атмосфера была разреженной и состояла из вихрей водорода, окиси углерода, аммиака и метана. Кислорода, возможно, не было вовсе. Эта смесь почти не задерживала ультрафиолетового солнечного излучения, и оно достигало земной поверхности с интенсивностью, которая была бы смертельной для современных форм жизни. То и дело разражались чудовищные грозы, обрушивая молнии и на сушу, и на море.

В 50-х годах проводились лабораторные эксперименты, показавшие, что могло происходить в подобных условиях с перечисленными выше химическими веществами. Смесь этих газов с водяными парами подвергали воздействию электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Всего лишь через неделю в смеси появились сложные молекулы, в том числе сахара, нуклеиновые кислоты и аминокислоты — те кирпичики, из которых строятся белки. Несомненно, подобные молекулы могли образовываться в морях Земли на самой заре ее истории.

Прошли миллионы лет, концентрация этих веществ заметно увеличилась, и молекулы начали взаимодействовать, образуя все более сложные вещества. Не исключено, что кое-какие компоненты могли быть занесены из космоса метеоритами. Со временем среди огромного разнообразия химических соединений появилось то, которое стало решающим для дальнейшего развития жизни. Оно называется дезоксирибонуклеиновой кислотой, или сокращенно ДНК. Структура ДНК обеспечивает ей два важнейших свойства: во-первых, она служит как бы матрицей для выработки аминокислот и, во-вторых, обладает способностью к самовоспроизведению. В ДНК молекулы достигли порога чего-то принципиально нового, так как эти два свойства ДНК присущи и живым организмам вроде бактерий. А ведь бактерии не только простейшая известная нам форма жизни, они и найдены были среди самых древних окаменелостей.

Способность ДНК к самовоспроизведению заложена в ее уникальном строении. ДНК имеет форму двойной спирали. В процессе деления клеток она разделяется по всей длине на две отдельные спирали. Каждая становится матрицей, к которой прикрепляются другие, более простые молекулы, и в конце концов, превращается в новую двойную спираль.

Есть только четыре вида простых молекул, из которых в основном строится ДНК, но они группируются по трое и располагаются в невероятно длинной молекуле ДНК в особом и значимом порядке. Этот порядок определяет, каким именно образом примерно два десятка различных аминокислот располагаются в белке, сколько их нужно выработать и когда именно. Отрезок ДНК, несущий информацию для непрерывной последовательности построения белка, называется геном.

Иногда связанный с воспроизведением процесс копирования ДНК может пойти неверно: в какой-то точке происходит ошибка или отрезок ДНК сдвинется и займет другое место. В результате копия получается неточной и созданный ею белок может оказаться совершенно иным. Когда это произошло с первыми живыми организмами, на Земле началась эволюция, так как подобные ошибки в копировании являются источником вариантов, которые путем естественного отбора приводят к эволюционным изменениям. И благодаря микроокаменелостям мы знаем, что уже 3 млрд. лет назад существовало несколько форм бактериевидных организмов.

Воображение бессильно охватить подобные сроки, но мы можем получить некоторое представление о сравнительном соотношении основных этапов истории жизни, если приравняем время, протекшее между этими первыми ее зачатками до наших дней, к одному году. Мы вряд ли уже открыли самые древние окаменелости, и, значит, жизнь началась не 3 млрд. лет назад, а еще раньше, так что один день этого условного года будет соответствовать, грубо говоря, 10 млн. лет. По такому календарю окаменелости похожих на водоросли организмов Ганфлинт-Черта, выглядевшие столь древними, когда их открыли, оказываются довольно поздними персонажами в истории жизни,

поскольку на сцене они появились только во второй неделе августа. Наиболее древние следы червей в Большом Каньоне были проложены по илу во второй неделе ноября, а первые рыбы появились в известняковых морях неделю спустя. Маленькая ящерица пробежала по пляжу в середине декабря, а человек возник только вечером 31 декабря.

Но вернемся к январю. Первоначально бактерии питались разнообразными углеродными соединениями, которые накапливались в первозданных морях долгие миллионы лет. Но чем больше становилось бактерий, тем меньше должно было оставаться этой пищи. Совершенно очевидно, что бактерия, сумевшая использовать иной источник питания, должна была оказаться в значительном выигрыше, и в конце концов некоторым из них нечто подобное удалось. Вместо того чтобы поглощать готовую пищу из окружающей среды, они начали производить ее в собственной клетке, черпая необходимую энергию из солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. Для него, в частности, требуется водород — газ, который в больших количествах выделяется во время вулканических извержений.

В настоящее время условия, очень сходные с теми, в которых жили древнейшие фотосинтезирующие бактерии, можно найти в таких вулканических районах, как Йеллоустон в американском штате Вайоминг. Там огромная расплавленная масса, лежащая всего в каком-нибудь километре под поверхностью земли, нагревает породы вверху. Во многих местах подпочвенные воды имеют температуру выше точки кипения. Они поднимаются по трещинам в породе под все уменьшающимся давлением и внезапно вырываются наружу высокими струями пара и воды. Это гейзеры. В других местах вода разливается на поверхности горячими лужами. По мере того как она растекается и охлаждается, соли, растворявшиеся в ней, пока она прокладывала себе путь вверх, и полученные от расплавленной массы внизу, осаждаются, образуя высокие закраины бассейнов с ярусами террас под ними. В этой почти кипящей, насыщенной минеральными солями воде живут и размножаются бактерии. Некоторые разрастаются в спутанные нити и клубки, другие — в толстые кожистые пласты. Многие ярко окрашены, причем интенсивность их цвета меняется на протяжении года, показывая, благоденствует ли колония или чахнет. Названия, данные этим бассейнам, отражают разнообразие бактерий и великолепие цветовых эффектов, которые они создают: Изумрудная Заводь, Серный Котел, Берилловый Ключ, Огненный Каскад, Заводь Утренней Зари и (бассейн, особенно богатый разными бактериями) Палитра Художника.

Бродя по этой фантастической местности, постоянно ощущаешь характерную вонь тухлых яиц — запах сероводорода, порождаемого реакцией подземных вод с расплавленными породами глубоко внизу. Именно из сероводорода здешние бактерии получают необходимый им водород, и пока они снабжались водородом только благодаря вулканической деятельности, это ограничивало возможность их распространения. Но со временем возникли новые формы, способные извлекать водород из практически вездесущего источника — воды. Их появление решающим образом повлияло на дальнейшее развитие жизни: ведь если от воды отнимают водород, остается второй составляющий ее элемент — кислород. Организмы, совершавшие эту операцию, по своему строению несколько сложнее бактерий. Их назвали сине-зелеными водорослями, потому что они выглядели как близкие родственники зеленых водорослей, которые можно видеть повсюду в прудах и болотах. Однако теперь, когда установлено, насколько они примитивны, их называют цианофитами или просто сине-зелеными. Содержащееся в них химическое вещество, позволяющее им использовать воду в процессе фотосинтеза, — хлорофилл. Он имеется также у истинных водорослей и у высших растений.