Джонджо МакФадден - Жизнь на грани
По иронии судьбы примерно в то же время, когда колония викингов начала испытывать трудности, еще одна волна иммигрантов, инуитов (эскимосов), начала зарабатывать на жизнь на севере острова особыми способами рыбалки и охоты, которые были хорошо приспособлены к местным условиям. Викинги могли бы спастись, если бы они заимствовали стратегии выживания у инуитов, но единственная запись, которую мы имеем о контакте между двумя народами, — это заметка одного викинга-поселенца о том, что от ножей викингов пролито было много инуитской крови. Это наблюдение едва ли указывает на готовность викингов учиться у своих северных соседей. Результатом стало то, что через некоторое время, в конце XV века, колония викингов разрушилась, а последние несколько жителей, по-видимому, даже прибегли к каннибализму.
Тем не менее датчане никогда не забывали о своем западном форпосте, и в начале XVIII века была организована экспедиция для возобновления связи с поселенцами. Но участники экспедиции нашли только остатки хуторов и кладбища. Однако визит все же привел к созданию более успешной колонии, которая вкупе с местными инуитами в конечном счете стала современной страной Гренландией. Сегодняшняя экономика Гренландии выросла из инуитских корней и основывается главным образом на рыбной ловле, но в последнее время все большее внимание привлекают потенциальные минеральные богатства острова. В 1960 году Геологическая служба Дании и Гренландии наняла молодого новозеландского геолога Вика Макгрегора провести геологическое изучение на юго-западе острова, недалеко от его столицы Готхоба (ныне переименован в Нуук).
Макгрегор провел несколько лет, путешествуя по региону, изрезанному фьордами, на маленькой, частично открытой лодке, достаточной только для него самого, экипажа, состоящего из двух местных жителей, и для случайного гостя. Все умещалось среди палаток, охотничьих и рыболовных инструментов, не особо отличавшихся от набора ранних инуитских колонистов, и геологического оборудования. Используя стандартные методы стратиграфии, он пришел к выводу, что породы в этом районе состоят из десяти последовательных слоев, из которых самый старый и самый глубокий, вероятно, «действительно очень древний» — возможно, ему даже более трех миллиардов лет.
В начале 1970-х годов Макгрегор послал образец древней породы в Оксфордскую лабораторию Стивена Мурбата, ученого, который обладал авторитетом в радиометрическом датировании пород. Метод измерения основывается на соотношении радиоактивных изотопов и продуктов их распада. Например, уран-238 имеет период полураспада 4,5 миллиарда лет (через цепочку нуклидов в конечном итоге до стабильного изотопа свинца); так, если возраст Земли составляет около четырех миллиардов лет, концентрация природного урана в породе за все время существования Земли сократилась в два раза. Измеряя соотношение этих изотопов в любом образце породы, ученые могут, следовательно, рассчитать, сколько времени эти породы залегают в земле. Именно этот метод Стивен Мурбат использовал в 1970 году для анализа образца породы под названием «гнейс», который Макгрегор прислал ему из прибрежной области на юго-западе Гренландии, известной как Амитсок. Удивительно, но он обнаружил, что этот гнейс содержал пропорционально больше свинца, чем любая известная доселе земная руда или горная порода. Очень высокий уровень содержания свинца означал, что гнейс из Амитсока был, как уже догадался Макгрегор, «действительно очень древним», по крайней мере 3,7 миллиарда лет — старше, чем любая порода, найденная ранее на земле.
Мурбат был настолько поражен открытием, что затем присоединился к Макгрегору в нескольких экспедициях по Гренландии. В 1971 году они вдвоем решили посетить удаленную и практически неисследованную область Исуа на краю внутреннего ледникового покрова (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Карта Гренландии с указанием местонахождения Исуа
Сначала они должны были плыть в крошечной лодке Макгрегора к началу полного айсбергов фьорда Готхоб, где поселенцы-викинги влачили свое жалкое существование в Средние века. Затем ученых подобрал вертолет, принадлежащий местной горнодобывающей компании, которая была также заинтересована в регионе, так как аэромагнитные исследования показали потенциально богатые месторождения железной руды. Ученые обнаружили, что в местных диабазах Исуа было много подушкообразных масс породы, известных как базальтовая «подушечная лава», которая были сформирована в результате извержения вулканической лавы непосредственно в морской воде из так называемых грязевых вулканов. Эти породы вновь были датированы по меньшей мере 3,7 миллиарда лет. Данное исследование ясно показало, что Земля вскоре после образования была покрыта теплыми океанами[168] с грязевыми вулканами (рис. 9.2), извергавшимися из гидротермальных жерл на дне мелких водоемов.
Рис. 9.2. Современный грязевой вулкан в Тринидаде. Могла ли первая жизнь на земле появиться в подобном грязевом вулкане, оставив следы в диабазах Исуа? Фото Майкла С. Райджела с «Викисклада»
Тем не менее настоящий сюрприз заключался в том, что получилось, когда Миник Розинг, исследователь из Геологического музея в Копенгагене, измерил соотношение изотопов углерода в диабазах Исуа. Породы содержат около 0,4 % углерода, и когда было измерено соответствующее количество двух изотопов — 13C и 12C, было установлено, что количество более тяжелого и более редкого 13C в породах было значительно меньше, чем ожидалось. Неорганические источники углерода, такие как атмосферный углекислый газ, содержат около 1 % 13C, но фотосинтез предпочитает включать более легкий изотоп 12C в растения и микробиологическую биомассу, поэтому низкий уровень 13C, как правило, является показателем наличия органического материала. Эти результаты свидетельствуют о том, что в теплых водах, окружавших грязевые вулканы Исуа, 3,7 миллиарда лет назад жили организмы, которые, как и современные растения, захватывали углерод из углекислого газа, либо из атмосферы, либо растворенный в воде и использовали его, чтобы создать на основе углерода соединения для строительства своих клеток.
Теория о породах Исуа остается спорной, и многие ученые не уверены в том, что низкий уровень найденного там 13C обязательно подразумевает такое раннее присутствие живых организмов. Большая часть скептицизма проистекает из того факта, что 3,8 миллиарда лет назад Земля подвергалась тому, что известно как «поздняя тяжелая бомбардировка». Это были регулярные удары астероидов и комет, обладающих энергией, достаточной для испарения любой воды с поверхности и, вероятно, также для стерилизации океанов. Открытие окаменелостей любых подобных древних фотосинтезирующих организмов, конечно, помогло бы подтвердить теорию, но породы Исуа были сильно деформированы на протяжении тысячелетий и любые такие окаменелости сейчас просто неузнаваемы. Мы должны отправиться вперед по крайней мере на несколько сотен миллионов лет — до того момента, с которого доказательства существования жизни явно присутствуют в породах в виде распознаваемых окаменелостей древних микробов.
Несмотря на отсутствие убедительных доказательств, многие считают, что изотопные данные пород Исуа обозначают самые ранние признаки жизни на Земле; и грязевые вулканы Исуа, конечно, создавали просто идеальные условия для возникновения жизни, с их теплыми щелочными водами, фонтанирующими из термальных вентиляционных жерл. Они были богаты растворенными неорганическими карбонатами и изверженными ультраосновными серпентиноподобными породами, которые были очень пористыми, пронизанными миллиардами крошечных полостей, каждая из которых могла бы быть микросредой, способной концентрировать и стабилизировать небольшое количество органических соединений. Возможно, жизнь действительно зародилась в грязях Гренландии. Возникает вопрос: как?
Проблема «гадости»
Три самые большие загадки в науке — это происхождение Вселенной, происхождение жизни и происхождение сознания. Квантовая механика тесно участвует в первой, и мы уже обсуждали ее возможную связь с третьей загадкой; как мы скоро выясним, она может также помочь объяснить и вторую загадку. Но мы должны сначала изучить вопрос о том, способны ли неквантовые объяснения представить полный отчет о происхождении жизни.
Ученые, философы и теологи, которые веками размышляли о происхождении жизни, придумали множество разнообразных теорий, начиная от Божественного творения до привнесения на нашу планету жизни из космоса (так называемая теория панспермии). Более строгий научный подход был инициирован в XIX веке учеными, такими как Чарльз Дарвин, который предположил, что химические процессы, происходящие в каком-то «небольшом теплом пруду», возможно, привели к созданию живой материи. Официальная научная теория, которая построена на предположениях Дарвина, была выдвинута независимо друг от друга русским ученым Александром Опариным и англичанином Дж. Б. С. Холдейном в начале XX века и в настоящее время широко известна как гипотеза Опарина — Холдейна. Оба предположили, что атмосфера ранней Земли была богата водородом, метаном и водяным паром, которые под воздействием молний, солнечной радиации или вулканического тепла могли образовывать смеси простых органических соединений. Они предположили, что эти соединения затем накапливаются в первичном океане, образуя теплый разбавленный органический «бульон», который существовал в течение миллионов лет, возможно омывая грязевые вулканы Исуа, пока какое-то случайное сочетание его составных частей в конечном счете не дало новые молекулы с необычным свойством: способностью копировать самих себя.
