Айзек Азимов - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых
Все породы более древние, чем кембрийские, назвали общим словом «докембрий».
С появлением техники измерения возраста методом радиоактивного распада выяснилось, что древнейшим кембрийским породам, а значит, и древнейшим ископаемым — 600 млн. лет. Возраст неслыханный, но все-таки эти древнейшие ископаемые относительно молоды в сравнении с возрастом Земли.
В породах, сложившихся в течение первых 4 млрд. лет истории Земли (семь восьмых всей ее жизни), ископаемых остатков найти не удается. Означает ли это, что жизнь существует на Земле только в последней, наиболее близкой к нам одной восьмой ее возраста?
Биологи этому не верят. Образование ископаемого, рассуждают они, — это слишком случайная, деликатная вещь, возможная лишь в необычных, неординарных обстоятельствах. Несчетные миллиарды организмов жили и, умерев, не оставили после себя ничего, что могло бы окаменеть и сохраниться в виде ископаемого. Весьма вероятно, целые классы организмов ничего не оставили после себя, что могло бы, хотя бы в виде окаменелости, пролежать до наших дней и быть случайно обнаруженным. С другой стороны, другие, менее распространенные немногочисленные организмы могли случайно оставить после себя целые россыпи ископаемых остатков.
Надо заметить, не все части организмов становятся ископаемым. Зубы, кости, раковины — все твердые части более вероятно станут ископаемым остатком, чем мягкие ткани. Так 50 000 — 4 000 000 лет назад в пространствах Африки и Евразии бродили стаи человекоподобных существ, но мы располагаем лишь очень немногими их ископаемыми остатками (они были слишком смышлеными, чтобы умереть в условиях, подходящих для превращения в окаменелость, а те остатки, которые есть, — это в большинстве своем окаменелые твердые части организма: черепа, зубы).
Трилобиты — самые ранние ископаемые, уже облаченные в раковины, — имели довольно сложное строение.
Вообще, чем старше ископаемый организм, тем он менее развит и более прост в строении. Есть предположение, что в докембрии должны были существовать еще более древние формы жизни, менее развитые, чем трилобиты, настолько менее развитые, что не имели твердых покровов, были насквозь мягкими, как теперешние слизни или земные черви. Они наверняка не оставили после себя никаких следов, поэтому отсутствие докембрийских ископаемых не означает «не было», но скорее «не было твердых частей».
В 1950 г. американский биолог Элсо Баргхурн (1915–1984) обнаружил следы окаменевших колоний синезеленых водорослей близ озера Лэйк Супериор. Сине-зеленые водоросли относятся к простейшим ныне существующим формам клеточной жизни. Они очень близки к бактериям, за исключением одного: в синезеленых водорослях присутствует хлорофилл, в бактериях его нет.
И бактерии, и синезеленые водоросли состоят из одной чрезвычайно мелкой клетки, не имеющей четко выраженного отдельного ядра: вещество ядра рассеяно в них по всей клетке. Биологи называют их прокариоты, дословно с греческого «вместо ядра». Все остальные клетки (от одноклеточных растений и животных до составляющих многоклеточные организмы, включая нас самих) — это эукариоты, дословно с греческого «полностью ядерный».
Ископаемые синезеленые водоросли не так-то просто было обнаружить. Они настолько крохотны, что рассмотреть их можно через микроскоп, а признать в этих миниатюрных клеточках биологическое живое начало в отличие от минерального можно лишь по едва уловимым следам их структуры. Это было нелегким делом, но Баргхурн справился с ним, приведя самые скрупулезные, в высшей степени убедительные свидетельства. Первые открытые и изученные им микроископаемые были обнаружены в породах возрастом 2 млрд. лет. Хорошо определив цели и задачи, Баргхурн открывал теперь признаки простейшей микроскопической жизни во все более старых пластах. Так, в 1977 г. он обнаружил микроископаемые в Южной Африке, в породах, чей возраст оценивается в 3,4 млрд. лет.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Земля, как теперь известно, образовалась 4,6 млрд. лет назад, но в течении первых нескольких сот миллионов лет ее поверхность пребывала в постоянном хаосе из-за непрерывной бомбардировки обломками вещества, которые все еще кружились вокруг Солнца по земной орбите, периодически сталкиваясь с Землей и Луной.
Около 4 млрд. лет назад Земля наконец осталась в покое, приобретя более или менее современный свой вид, и была готова стать обитаемым миром. Через полмиллиарда лет здесь зародилась первая примитивная жизнь. В течение последующих 3,5 млрд. лет (три четверти всего существования) Земля постоянно заселена разнообразными формами живых организмов.
Каким образом впервые образовалась жизнь?
Единственно возможный научный ответ (не связанный со сверхъестественным бездоказательным актом) состоит в том, что беспорядочные комбинации простых молекул, существовавших в земной атмосфере и океане, постепенно создавали все более сложные молекулы, и эти молекулы, с течением времени став чрезвычайно сложными, в процессе эволюции сформировали в себе такие свойства, которые мы ассоциируем с жизнью.
Разумеется, процесс эволюции мы не можем наблюдать непосредственно ни здесь, на Земле (от этого события мы отделены миллиардами лет), ни в других мирах (ближайший возможно обитаемый мир удален от нас на расстояние многих световых лет пространства). И все же мы можем получить косвенные свидетельства.
Прежде всего нужно установить, какие именно простые молекулы могли существовать на первозданной Земле. Это были молекулы, из которых формировался лед, и среди ученых в этом есть полное согласие. (Хотя имеется спорный пункт относительно их точного строения.) Вода присутствовала безусловно, так же как и молекулы, содержащие азот, углерод и другие элементы.
На Юпитере и других внешних планетах Солнечной системы углерод и азот присутствуют в соединении с водородом. Это соответственно метан и аммиак. На Венере и Марсе углерод находится в соединении с кислородом (углекислый газ), а азот существует в виде молекул в парах атмосферы.
Одни ученые считают, что первичная атмосфера Земли состояла из аммиака, метана и водяных паров, причем аммиак в большом количестве был растворен в океане. Другие полагают, что нашей первозданной атмосферой были углекислый газ, азот и водяной пар, причем в океане была растворена значительная доля углекислого газа. Возможно, что эта атмосфера, изначально состоявшая из аммиака, метана и водяного пара (атмосфера-1), затем в ходе естественных процессов, не связанных с жизнью, обратилась в углекислый газ, азот и водяной пар (атмосфера-2).
Выбор между этими двумя атмосферами не является категорическим. В каждой из них имеются атомы водорода, углерода, азота и кислорода (которые составляют 99 %. атомов, входящих в мягкие ткани любого организма). Атомы, из которых состоят ископаемые остатки этих тканей, включая атомы, делающие ткани твердыми, должны присутствовать в виде раствора в первозданном океане.
Какие процессы при наличии данных простых молекул (какими бы они ни были) должны были произойти, чтобы из них сформировались молекулы более сложного порядка? Простые столкновения и хаотический взаимообмен для этого были бы уже недостаточны. Превращение простых молекул в более сложные — это изменение, требующее затраты энергии. Иначе говоря, чтобы сделать такое превращение возможным, к системе должна поступать энергия.
Сотворенная Земля имела многочисленные источники энергии — тепло от вулканической деятельности, электрическую энергию молний, поскольку вполне вероятно, что первоначально Земля была более бурным местом, чем теперь (извержения вулканов и грозы следовали, видимо, непрерывно).
Кроме того, конечно, была энергия радиоактивности, и в начале, надо помнить, интенсивность ее была гораздо значительнее, чем теперь, так как за те миллиарды лет, что прошли с момента образования Земли, значительная часть первоначального запаса радиоактивных атомов распалась.
Наконец, был ультрафиолетовый свет Солнца. В наши дни лишь немногие ультрафиолетовые лучи, летящие от Солнца, достигают земной поверхности, потому что кислород атмосферы (его молекулы состоят из двух атомов) высоко над Землей превращается в озон (состоящий из молекул, имеющих по три атома кислорода). Озоновый слой, висящий на высоте около 25 км над Землей, непрозрачен для большинства ультрафиолетовых лучей, поэтому лишь небольшая их часть достигает земной поверхности.
Кислород, однако, не является одной из естественных, данных от века составляющих атмосферы. Он чересчур активен и легко соединяется со многими другими веществами. Поэтому кислород очень быстро должен исчезнуть из атмосферы. Единственная причина, по которой он не исчезает, — это зеленые растения, которые постоянно вырабатывают кислород, компенсируя его убыль. Растения, используя энергию солнечного света, соединяют в себе углекислый газ и воду, идущие на образование листвы и побегов, а кислород возникает и выливается в атмосферу как побочный продукт этого процесса.
