Происхождение жизни

Мы вообще никого и ничего не видим на суше: она безжизненна. Только камни и песок. Правда, моря полны жизни – там обитают самые разные животные. Среди водорослей и кораллов медленно передвигаются иглокожие – морские звезды, офиуры, голотурии, а также моллюски-кораблики (наутилоидеи), аммониты, белемниты. В толще и на поверхности воды плывут по течению, удерживаясь с помощью особых плавательных пузырей («поплавков»), сифонофоры – они и поныне живут точно так же. Есть и существа, которых вы нигде не встретите в настоящее время и можете увидеть только на картинках. Например, граптолиты – они тоже плавают, хотя некоторые не самостоятельно, а на водорослях. Или трилобиты – чрезвычайно разнообразные членистоногие животные, некоторые длиной до 75 см, а другие – не более 1 см. Они в основном ползают по дну, но могут и плавать в толще воды, а также зарываться в песок.

650 миллионов лет назад (венд)

Моря полны живых существ: одни похожи на медуз и парят в толще воды; другие прикреплены к морскому дну и напоминают современные кораллы; вот какие-то червеобразные животные, вот нечто вроде губок, морских звезд, ракообразных (членистоногих).

Трилобиты

1 миллиард лет назад – и мы лишь кое-где разглядим в морях колонии водорослей.

Еще дальше в глубь времен, примерно на полмиллиарда лет – и мы не увидим никого и ничего живого, если у нас не будет микроскопа. Однако жизнь на Земле есть, и существует она очень давно. Время, в которое мы попали, называется криптозой – время скрытой жизни. Это время назвали так не только потому, что живые организмы, существовавшие тогда, представляли собой по сути отдельные клетки, которые без микроскопа не разглядишь. Дело в том, что эту эпоху мы не имеем возможности изучать, как изучаем более поздние, – по ископаемым.

Эдиакарская фауна (Центральная Австралия) – поздний протерозой: 1 – медуза; 2 – диксония; 3 – плоское червеобразное существо сприггина; 4 – листообразное морское перо харниодиск; 5 – листообразное морское перо рангея

Ископаемые

Ископаемые – это окаменевшие остатки древних форм жизни. Ученые то и дело обнаруживают их в земле. Чем глубже залегает слой, содержащий ископаемые, тем они древнее.

Древнейшие породы, в которых находят ископаемые остатки, называются кембрийскими – от старинного римского названия Кембрия – области Англии, сегодня называемой Уэльсом. Именно там английский геолог Адам Седжвик (1785–1873) впервые обнаружил породы такого типа.

Кембрийские породы содержат ископаемые остатки морских организмов, среди которых больше всего так называемых трилобитов. Возраст кембрийских пород – около 500–570 миллионов лет.

Ископаемые остатки в кембрийских породах

Породы более древние, чем кембрийские, называют, не мудрствуя лукаво, докембрийскими. Ничего похожего на ископаемые остатки в них долгое время найти не удавалось. Получалось, что большую часть своего существования (примерно 7/8) Земля была безжизненной? Согласиться с таким выводом было трудно.

Ископаемые остатки трилобита

Во-первых, в осадочных породах кембрия, начиная с самых древних, как-то очень уж внезапно в изобилии появляются остатки самых разнообразных ископаемых организмов, как низших многоклеточных (губок и кишечнополостных), так и высокоразвитых типов животных (плеченогих, моллюсков, членистоногих и др.). Трудно поверить, что все они появились чуть ли не в одночасье (по космическим меркам) буквально «из ничего».

Во-вторых, сохраниться в виде ископаемых могут только твердые части организмов – кости, раковины, зубы и т. п. Например, трилобиты были «одеты» в раковины и поэтому сохранились, но если одновременно с ними существовали какие-нибудь абсолютно «мягкие» организмы, вроде современных червей или слизней, то они не могли оставить после себя никаких следов.

Окаменелые остатки:

1 – лист покрытосеменных третичного периода; 2 – морская звезда третичного периода; 3 – тригонии – двустворчатые моллюски мезозойского периода; 4 – водоросли

Наконец, в-третьих, образование ископаемого – это редкая случайность, которая может осуществиться только при особых условиях, и, пожалуй, еще более редкая случайность – находка такого ископаемого. Иными словами, организму должно «очень повезти» дважды: чтобы стать ископаемым и чтобы его потом нашли.

Таким образом, отсутствие ископаемых остатков в докембрийских слоях еще не означает, что в те давние времена на Земле не было никаких форм жизни.

Наоборот – их не могло не быть. Ведь еще в XVII веке итальянский ученый Ф. Реди доказал, что живое может зародиться только от живого. (До этого на протяжении долгого времени многие ученые считали, что рыбы, например, зарождаются из ила, мухи – из гнилого мяса, мыши – из грязных тряпок и т. д.)

Да, но если так, то откуда же взялся самый первый живой организм? Теория о божественном происхождении жизни на Земле не устраивала ученых. И они продолжали и продолжают искать, а также фантазировать и экспериментировать. К настоящему времени предполагается, что самые первые живые организмы все-таки зародились из неорганической природы. Конечно, для этого на Земле должны были существовать совершенно особые условия, которые теперь ученые пытаются создать в лаборатории, чтобы затем «воспроизвести» искусственно процесс зарождения жизни. И кое-какие результаты уже достигнуты, как вы увидите дальше.

А сейчас давайте представим себе, что наша машина времени «затормозила» на новой, только что образовавшейся планете, которую через сотни миллионов лет люди назовут Землей.

Новорожденная планета

По самым скромным подсчетам, нашей Земле 4 миллиарда лет – именно такой возраст имеют древнейшие известные на Земле горные породы – граниты Кольского полуострова. Но вообще Земле «дают» больше – 4,5 миллиарда (а возможно, 5 миллиардов) лет.

В первые полмиллиарда лет наша планета находилась словно под непрерывным артобстрелом: ее поверхность в полном смысле слова бомбардировали обломки метеоритов и других космических тел. Но в конце концов Космос оставил ее в покое (относительном, конечно), и дальше Земля формировалась в основном за счет процессов, происходящих в ней самой. Что же это за процессы?

Новорожденная планета

Прежде всего – извержения вулканов. Раскаленные потоки лавы, горячие газы и пары, кипящие воды вырывались из недр Земли на ее поверхность, только-только затвердевшую. Лава, застывая, превращалась в каменные породы, а до этого «отдавала» металлы и металлические руды. Более поздние лавовые потоки ложились на более ранние, и постепенно образовывались горные массивы. Между ними устремлялись реки, они размывали горы и несли измельченные горные породы в океан, на дне которого все это осаждалось, превращаясь в первые отложения (осадочные породы).

Перемещение горных пород

Ничего не осталось ныне от того первого рельефа Земли. Несчетное число раз с тех пор горы становились равнинами, а то и дном океана, суша затапливалась водой, а из глубин морей вздымались новые горы. Несчетное число раз земная кора разламывалась в разных местах, и через эти разломы и трещины вновь изливалась лава. Огромные куски суши сходились, расходились, наталкивались и наползали друг на друга, образуя новые материки.

Сейчас Земля устроена так. Внутри – тяжелое металлическое ядро (состоящее в основном из железа и никеля, а также серы), раскаленное до температуры +6000 °C и окруженное расплавленной мантией. Снаружи – относительно тонкая земная кора. Толщина ее в тех местах, где мы видим сушу, составляет 35–45 км, а на дне океанов – в 4–7 раз тоньше, то есть 5–10 км. К мантии прилегают твердые породы – базальты и граниты, а на них покоятся осадочные породы. Эта наружная твердая оболочка планеты называется литосферой (от греческого слова lithos – «камень»). Она включает десять больших тектонических плит, которые как бы плавают на поверхности жидкой мантии.

Так устроен земной шар сейчас: 1 – ядро; 2 – мантия; 3 – земная кора; 4 – литосфера; 5 – гидросфера; 6 – атмосфера

Не менее чем 3/4 поверхности Земли покрыто водной оболочкой – гидросферой. Это все океаны, моря, реки, озера. Наконец, наружная оболочка – воздушная, или атмосфера. Сегодня она имеет следующий состав: примерно 78 % азота (N

), около 21 % кислорода (О

) и 1 % приходится на некоторые другие газы (аргон, неон, гелий, метан, водород и пр.), в том числе на углекислый газ (его всего лишь около 0,03 %).

Какой была Земля в самом начале своего существования – этого в точности никто не знает. Расположение материков (да и их количество) с тех пор изменялось несколько раз, и какие материки были на Земле изначально и где они располагались – можно только предполагать. Но достоверно известно, что суша изначально была безжизненной, и жизнь могла зародиться только в воде.

А вода, скорее всего, покрывала большую часть поверхности Земли. И вода эта была горячей, фактически – кипящей, потому что под тонкой (на дне океана) земной корой находилась расплавленная магма. Недаром русский ученый А. И. Опарин, занимавшийся в 20-х годах ХХ века проблемой происхождения жизни на Земле, назвал тот океан «первичным бульоном».

Точно известно, что и атмосфера была не такой, как теперь. По мнению одних ученых, она состояла из аммиака, метана и водяных паров, при этом аммиак содержался (то есть был растворен) еще и в воде – в древнем океане. Другие ученые считают, что первозданная атмосфера состояла из углекислого газа, азота и водяных паров, и в океане был растворен в большом количестве углекислый газ.

Однако не так уж важно, кто из них прав. Важно то, что и та и другая атмосфера состояла из четырех элементов – водорода (Н), углерода (С), азота (N) и кислорода (О), и именно из этих же четырех элементов состоит на 99 % любое живое существо.

«Первичный бульон». Четыре элемента, из которых образовалось все живое: В – водород, У – углерод, А – азот, К – кислород

Правда, в живом организме эти элементы не являются простой смесью простых молекул – как в атмосфере; нет, они соединяются между собой самым разнообразным и причудливым образом, образуя большие и очень большие, сложные и очень сложные молекулы органических веществ. И для того, чтобы на Земле появилась жизнь, в «первичном бульоне» должны были образоваться органические вещества – образоваться из простых атомов и молекул, которые составляли воду и атмосферу первозданной Земли и хаотично (беспорядочно) «сновали» туда-сюда. Этот, самый ранний, этап происхождения жизни называют химической эволюцией.