Тайны биологии - Наталия Леонидовна Лескова

Происхождение жизни

От метеорита до человека

Откуда все взялось?

Все мы знаем, что Земля – далеко не единственная планета в Солнечной системе и уж тем более во Вселенной. Есть планеты, которые, как мы думаем, могут быть вполне пригодны для жизни. Есть и такие, где жизнь, как нам кажется, развиваться не может. Но это, как говорится, не точно – ведь теоретически вполне могут существовать другие, отличные от нашей формы жизни – как, например, описанный Станиславом Лемом мыслящий океан Соляриса, способный воспроизводить нейтринные сущности. Скажете, фантастика? Безусловно. Но фантастика тем и хороша, что способна предсказывать будущее.

Так или иначе, «островков жизни» может быть много. А может быть, он один – на нашей Голубой планете. Ни один, даже самый умный ученый не сможет вам сказать наверняка, как обстоят дела на самом деле. Уже много десятилетий они спорят на эту тему, выдвигают самые разные гипотезы и не могут прийти к единому мнению.

Как и не могут до конца прояснить вопрос: откуда же все взялось на нашей планете? Как появилась жизнь? Может, она прилетела в виде вирусов, бактерий и грибов на кометах и метеоритах, а затем распространилась по всей планете? А может, это кто-то к нам ее заслал? Но тогда возникает новый, еще более сложный вопрос – кто отправитель этой «посылки» и каков его адрес? Или, вполне вероятно, жизнь сформировалась в недрах Земли и космос никакого отношения к этому процессу не имеет? Вариантов много, а ученых, которые пытаются разгадать эту загадку, ничуть не меньше. Давай попробуем услышать их точки зрения и разобраться, кто же прав.

А может, каждый прав по-своему? Или все они ошибаются и истину предстоит выяснить тебе… Кто знает?

Жизнь на Земле зародилась благодаря оледенениям

Академик РАН Эрик Галимов, геохимик

Причиной появления жизни на Земле стали оледенения?

В течение четырех с половиной миллиардов лет земной истории не раз случались периоды оледенений. Сначала было небольшое оледенение 2,7 миллиарда лет назад. Потом, через некоторое время, 2,4 миллиарда лет назад возникает грандиозное по масштабам оледенение, которое длится 200 миллионов лет. То есть Земля представляла собой ледяной шар. Потом это закончилось, и целых полтора миллиарда лет никаких оледенений не было. А потом, 730 миллионов лет назад – опять оледенение и снова потепление. Так происходило до пермского периода. Ученые гадают, каковы причины такой странной неравномерности.

Называют самые разные: от космических до геологических. Однако же никак не могут найти какой-то по-настоящему действующий фактор, который объяснил бы такую сложную картину.

Во всем «виновата» биосфера!

Астрофизикам известно представление о низкой светимости Солнца, но они относят это явление к тому моменту, когда звезда только зажигается. Она сначала имеет относительно низкую светимость, а потом постепенно разогревается, и поток энергии, идущий от нее, увеличивается. Но если посмотреть внимательно, выясняется, что Солнце никогда не обеспечивало температуру на поверхности Земли выше нуля. Сегодня средняя температура на Земле +15 градусов. А солнечная радиация обеспечивает только –18 градусов. Комфортную для нас температуру поддерживает земная атмосфера, которая включает в себя парниковые газы – CO2 и метан. Мы боремся за то, чтобы снизить выбросы этих газов в атмосферу, поскольку это перегревает планету. Но именно их наличие обеспечивает климатический режим. Раньше, когда Солнце было еще совсем молодое, оно могло поддерживать температуру всего лишь –40 градусов на поверхности Земли. При таких условиях все живое замерзло бы. Но в архее, это 3,5–4 миллиарда лет назад, климат теплый, есть жидкий океан. Никакого замерзшего шара. Значит, уже тогда была атмосфера с CO2, которая защищала нас. Но тем не менее все замерзло 2,4 миллиарда лет назад. Это случилось, потому что существует конфликт между ролью CO2 как парникового газа, который защищает нас от космического холода, и его ролью как источника углерода биосферы. Через фотосинтез этот углерод переходит в биосферу. Если биосфера начнет отбирать CO2, это приведет к охлаждению, потому что именно CO2 и защищает нас. Но если жизнь замрет, то CO2 поднимется, и станет тепло.

С высокой долей вероятности такой конфликт и приводит к постоянным климатическим изменениям. Если принять эту точку зрения, то можно последовательно объяснить, почему произошли понгольское, гуронское и другие оледенения.

Почему случаются оледенения?

Не везде роль ведущего парникового газа играл диоксид углерода – CO2. Американский астроном Тобиас Оуэн 40 лет назад произвел расчеты и показал, что при давлении больше 0,3 атмосферы (сегодня оно в тысячу раз меньше – три сотых процента атмосферы) даже при низкой светимости раннего Солнца, 4–4,5 миллиарда лет назад, температура на поверхности Земли была бы выше нуля. Дефицит солнечной радиации был бы компенсирован парниковым эффектом. Правда, позже другой американский ученый, Джеймс Кастинг, указал на то, что при таком давлении, например, в условиях Марса, СО2 сконденсируется и не сможет обеспечивать парниковый эффект. При этом на Марсе тоже была жидкая вода. Значит, там роль парникового газа мог играть метан.

Подтвердить эту гипотезу помог метеорит Allan Hills 840011, возраст которого 4,5 миллиарда лет. Это не просто метеорит, а кусок Марса, когда-то выбитый астероидом. В этом марсианском образце есть карбонатные включения. Они имеют совершенно аномальный изотопный состав углерода, плюс 40 промилле. В атмосфере должно быть не менее 90 % метана, для того чтобы карбонат имел такой изотопный состав.

А на Земле атмосфера тоже могла быть метановой?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, пришлось копнуть очень глубоко – в земную мантию. Выяснилось, что мантия Земли окислена. То есть она имеет кислородный потенциал, более чем восстановленный. Метан не может быть в равновесии с этой мантией, а вот CO2 может. Это было одним из очень важных факторов того, что земная мантия не в состоянии находиться в равновесии с метаном. Такой мантия стала 4 миллиарда лет назад, у нас нет данных за более ранний период. Может быть, тогда наша планета была окутана метановой атмосферой.

Когда же появился кислород?

Предположим, что вначале парниковым газом, который обеспечивал тепло на Земле, все-таки был