Планета бурь

Естественная история оказалась в логическом тупике. Доказав невозможность самозарождения, ученые должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Поначалу грань между живой и неживой материей казалась непреодолимой. Однако прошли десятилетия, и биохимики научились получать многие органические вещества из неорганических. Следовательно, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно в результате очень долгой «молекулярной эволюции». С тех пор и до сегодняшних дней усилия ученых направлены на поиски доказательств и развитие этой гипотезы. Что касается идеи Вернадского об изначальности жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен.

Между химическими реакциями возникала своеобразная конкуренция – борьба за одни и те же вещества, «пищу» для дальнейшего развития. В такой борьбе всегда побеждает та реакция, которая идет быстрее. Начинается удивительный «естественный отбор» среди химических процессов. Медленные реакции постепенно затухают и прекращаются, вытесняемые более быстрыми. Важнейшую роль в этом соревновании играли именно водные растворы катализаторов – веществ, ускоряющих те или иные химические превращения. Огромное преимущество получали именно те реакции, которые происходили в теплой водной среде, катализируемые своими собственными продуктами.

Следующий этап на долгой дороге от неживого к живому – формирование самостоятельно обеспечивающихся химических циклов. В их развитии происходит не только синтез катализаторов, но и частичное возобновление расходуемых веществ. Отсюда уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей – это самоподдерживающийся процесс.

Следует упомянуть и довольно спорную гипотезу панспермии, в основе которой лежат известные факты обмена веществом между небесными телами. Так, при столкновении планеты с крупным астероидом из ее поверхности выбиваются фрагменты породы, которые могут улететь в космос и попасть на другие планеты. К примеру, на поверхность Земли часто прилетают метеоры с Марса. Благодаря такому обмену возникшие в ходе химической эволюции на одной из планет вещества и катализаторы могут попасть на соседние тела и даже в другие звездные системы. Так за несколько сотен миллионов лет распространение «кирпичиков» жизни может охватить всю нашу Галактику. Подобным образом масштаб химической кухни, готовящей молекулярные блюда для будущей жизни, может расшириться от планетарного до галактического.

Обрабатывая спутниковые данные, астрономы высказали предположение, что за время существования Земли она ежегодно подвергалась бомбардировке миллионов небольших кометообразных тел. Вывод основан на необычном распределении в земной атмосфере кислорода, излучающего в ультрафиолетовой части спектра. Спутники зафиксировали своеобразные «дыры» протяженностью в тысячи километров, в пределах которых подобное свечение наиболее интенсивно. Возможно, подобные дыры образуются под воздействием небольших комет, состоящих из рыхлого снега, покрытого непрочной и тонкой коркой пыли.

Дальнейшие исследования показали, что для возникновения наблюдаемого количества дыр с Землей должны были сталкиваться ежегодно десятки миллионов комет диаметром в десятки метров, несущих сотни тонн воды каждая; этого было бы достаточно для образования со временем на Земле всего Мирового океана.

Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, иногда называют самыми первыми живыми существами на древней Земле. Цианобактерии способны к смешанному питанию: они совмещают фотосинтез с поглощением готовых органических веществ, это обеспечивает их существование в темноте и вдвое увеличивает скорость размножения.

Цианобактерии до сих пор отличаются от остального населения планеты своим необычайно упрощенным свойством: они не имеют ядра и пола. Фотосинтез у них, однако, проходит обычным путем: под действием света поглощенный из воздуха углекислый газ расщепляется, углерод усваивается, а кислород выделяется обратно в атмосферу.

Но есть у цианобактерий еще одно важное свойство: они прямо поглощают атмосферный азот. При нормальном освещении цианобактерии выделяют много кислорода, а азота поглощают мало. Однако стоит повысить интенсивность света, как фотосинтез подавляется, кислород перестает выделяться, зато азот начинает поглощаться в повышенных дозах. Как это понимать? Тут, может быть, стоит вспомнить, что в условиях бескислородной атмосферы древней Земли предки сине-зеленых подвергались интенсивному облучению солнечной радиацией. Результатом их деятельности того периода послужили, во-первых, накопление связанного азота – источника питания будущих более высокоорганизованных форм живого и, во-вторых, постепенное выделение кислорода в атмосферу и произошедшее из-за этого ослабление интенсивности солнечного света. А цианобактерии, видимо, в любой момент готовы вернуться к прежней жизни в бескислородной среде, той самой, которая была у них в архее.

Земная преджизнь

Скорее всего, поначалу жизнь существовала именно в виде своеобразных водяных растворов, но, чтобы окончательно не «рассосаться» в водах первичного протоокеана, подобные жидкие сущности должны были забиваться в мельчайшие щели горных пород. Здесь им вполне могли встретиться некоторые минералы-катализаторы биохимических реакций. Так водная среда юной планеты несла дальше волны эволюции.

Пролетели сотни тысячелетий, и первичная жизнь перешла в следующую фазу, отделившись от окружающего мира собственными мембранными оболочками. Можно сказать, что именно тогда вода буквально родила первых по-настоящему живых существ, перешедших от «жидкостного» состояния к организменному. Конечно же, сама вода и помогла создать прообраз тончайшей кожицы для первых обособленных сущностей. Для этого она использовала идеальный «оболочечный материал» – особые молекулы, которые способны образовывать на поверхности жидкости тончайшие пленки.

Раз на Земле существовали океаны, то над ними обязательно простиралась атмосфера, а в ней дули ветры, вместе с частыми тогда землетрясениями взбалтывающие и без того бурные воды первичного океана. Все это вызывало образование множества мельчайших пузырьков – водяных капелек, покрытых оболочкой. Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ путем избирательной проницаемости: одни молекулы сквозь них проходят, другие нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.

Первые подобные капельки жизни вполне могли самопроизвольно образоваться из молекул, возникших неорганическим путем, а впоследствии вступить в симбиоз с «живыми растворами» – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК. Подобное сообщество уже можно назвать организмом.

Даже сейчас между биологами не утихают дебаты о том, происходит ли все разнообразие жизни на нашей планете от одного-единственного «универсального органического звена» – или же все разнообразие окружающего животного и растительного мира пошло разными путями еще в водах первичного океана. В последнее время чаша весов в этих спорах все больше склоняется к мнению о наличии нескольких общих предков, ведь в противном случае живые существа быстро израсходовали бы все свои жизненные ресурсы, в итоге отравив себя продуктами собственной жизнедеятельности. Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биохимические функции. Таким образом, земная преджизнь, плескавшаяся в водах первичного океана, скорее всего была сообществом из множества простейших систем, в которых происходил активный обмен наследственным материалом между организмами.

Разнообразие, симбиоз, разделение функций, информационный обмен – все это изначальные свойства земной жизни.

Земля сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад, но от первых нескольких сотен миллионов лет ее существования в земной коре не осталось практически ничего. Все первичные породы и минералы полностью перемешали и переплавили последующие глобальные катаклизмы. Не знаем мы и точного времени появления жизни на Земле. Тем не менее современная молекулярная биология уверенно заявляет, что ей при поддержке биохимии и биофизики точно известно, кто был одним из самых первых предков всего живого на планете Земля. Более того, этого загадочного пра-пра-пра-… прародителя можно увидеть! Достаточно заглянуть в чашку с бульоном и внимательно присмотреться к капелькам жира на его поверхности… Это и есть очень близкий к реальному образ нашего предка, жившего более четырех миллиардов лет назад в теплых водах первичного океана.

Конечно, науке скорее всего никогда не будет дано найти реальные следы этих первых частичек преджизни нашего мира, и единственное, что мы можем уверенно утверждать, – это то, что белковую жизнь на нашей планете породила и вскормила именно водная среда!

История эволюции живых существ на Земле полна парадоксов. Так, творческий союз палеонтологов, геофизиков, геохимиков и… астрономов надежно установил, что развитие жизни на нашей планете как минимум пять раз резко меняло свое направление. Астрономическая наука внесла свой важный вклад, определив те воздействия ближнего и дальнего космоса, которые смогли серьезно повлиять на условия существования белковых организмов. Прежде всего это касается чудовищных глобальных катастроф, вызванных падением астероидов. Вот и сегодня профессиональные ученые с трепетом исследуют остатки древнейших циклопических кратеров, возникших от непрошеных космических гостей, кардинально изменивших ход эволюции земной фауны и флоры.

«Улыбающийся» кратер Хокусаи. Один из самых молодых кратеров на поверхности Меркурия

Впрочем, геологи давно утверждают, что по результатам анализа многочисленных данных наша планета около четырех миллиардов лет назад подверглась первой чудовищной бомбардировке огромными астероидами и метеоритами, которые буквально испещрили поверхность гигантскими воронками – кратерами. Геофизиков поддерживают астрономы, изучающие планеты Солнечной системы. Они авторитетно заявляют, что большинство кратеров на поверхности Меркурия, Марса и Луны возникло именно в то далекое время (наверняка метеоритные кратеры есть и у Венеры, но ее поверхность покрыта плотной облачностью).

Количество и сила этих каменных дождей заставляет задуматься о том, как выстояла перед ними поверхность земной коры. Ведь по оценкам ученых на Земле должны были образоваться десятки тысяч кратеров диаметром в десятки километров. По меньшей мере полсотни из них должны были иметь диаметр около тысячи километров, а несколько ударов вызвало появление циклопических воронок диаметром в несколько тысяч километров. В тот же период колоссальные метеоры должны были сыпаться каменным дождем и на поверхность нашего естественного спутника Луны. Там хорошо сохранились эти древние кратеры, а вот на Земле они давно исчезли в результате произошедших с тех пор геологических процессов. То же касается и большинства марсианских кратеров, образовавшихся в ту же эпоху.

Этот страшный ливень обломков продолжался весьма короткий геологический период – всего около двух сотен тысяч лет. Изредка каменный ураган затихал, но все равно раз в столетие нашу планету сотрясали страшные удары, по силе равные тому, что уничтожил через миллиарды лет динозавров. Можно представить, какие катаклизмы то и дело сотрясали нашу планету, как рвалась, кипела, пузырилась и взрывалась тонкая оболочка едва затвердевшей коры, извергая колоссальные потоки лавы и магмы наружу.

Существовала ли в то время первичная водная оболочка Земли? Большинство геофизиков и планетологов склоняются к положительному ответу, и тогда перед нашим воображением предстает феерическая картина бушующей гидросферы, взметающихся ввысь и кипящих у подводных воронок вод молодых океанов.

Астрономы считают, что первую атаку на новорожденную Землю совершили именно астероиды, уничтожив даже все первичные скальные породы, успевшие сформироваться на Земле, чего бы не смогли сделать осколки комет. Это означает, что геологи никогда не смогут найти какие-либо скалы старше 4 млрд лет, и любые сообщения о таких находках требуют самой тщательной перепроверки.

Все это, естественно, напрямую касается и поисков древнейших следов жизни, ведь если она к тому времени уже возникла, то палеонтологи также никогда не смогут преодолеть временную границу этих каменных дождей. Такая мощная и длительная бомбардировка могла в принципе испарить все первичные океаны, так что они должны были образоваться заново. С другой стороны, при ударе метеоритов и астероидов о Землю в них неизбежно возникали трещины, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими молекулами, и такие трещины могли стать очагами процессов, которые привели к быстрому появлению жизни по окончании бомбардировки.

Большинство биологов сходятся сейчас во мнении, что жизнь зародилась именно в горячей воде гидротермальных источников, причем условия в трещинах космических пришельцев были настолько благоприятными, что первые живые клетки могли появиться уже через несколько сот тысяч лет после окончания «обстрела», то есть примерно 4 млрд лет назад. Эта дата действительно близка к возрасту обнаруженных в последние годы первых признаков жизни на Земле.

Пояс астероидов

Что могло быть причиной такой колоссальной по масштабу и охвату бомбардировки? Не исключено, что она стала результатом распада под воздействием притяжения Юпитера зарождавшейся планеты Солнечной системы. Этой планете писатели-фантасты придумали поэтическое название Фаэтон. Такой планетоид (несостоявшаяся планета) должен был двигаться по орбите между Марсом и Юпитером, там, где сейчас как раз и находится знаменитый пояс астероидов. Особенности наиболее типичных представителей из этого пояса, достигающих земной поверхности, подтверждают гипотезу о том, что метеорами древнейшей космической бомбардировки были такие же осколки астероидов.

Важную роль в гипотезе космических спор играет то, что астероид, входя в земную атмосферу, разогревается от трения. Между органическими молекулами начинаются интенсивные химические реакции, возникают сложные органические молекулы. (Эти молекулы были такими стойкими, что уцелели и заселили наш мир, перенеся и высокую температуру, и катастрофический удар о земную поверхность.)

К счастью, за прошедшие миллиарды лет пояс астероидов пришел в относительно равновесное состояние; астероиды в нем движутся по более или менее стабильным и известным орбитам, и вероятность столкновения Земли с очередным чудовищным обломком является не столь уж большой. Сегодня считается, что около Земли проходят траектории полета не менее полутора тысяч астероидов размерами от нескольких сот метров до нескольких километров в диаметре. При этом астрономы и математики оценивают вероятность столкновения Земли с одним из них, диаметром около километра, как один шанс из пяти тысяч в ближайшее столетие. Много это или мало? К примеру, крупные космические аварии случаются с вероятностью один шанс из трех тысяч… Но это опять-таки вероятность, а вот недавно астрономы зафиксировали пролет вблизи орбиты Луны астероида диаметром в несколько сотен метров. Это уже очень опасные космические «маневры». Ведь при попадании такой осколок оставил бы на Земле кратер величиной в десятки километров, а приводнившись в океан – вызвал бы сильнейшее цунами.

Конечно же, эти столкновения несравнимы с древнейшей космической бомбардировкой, но и они равнялись по мощности одновременному взрыву 10 млн мегатонн тротила. Многие биологи считают, что именно встречи с астероидами были причиной всех больших и малых биологических катастроф, произошедших на Земле в тот период – последствия ударов для живых существ на планете должны были быть, бесспорно, катастрофическими.

Их главная угроза для земной жизни состоит в выбросе огромного количества токсичных газов, которые обязательно должны были образоваться при этом, – вот от них-то многое живое наверняка могло погибнуть. И действительно, в упомянутых крупных биологических катастрофах всякий раз погибало до 90 % всех биологических видов, существовавших в то время на Земле.

Что произошло бы при падении на Землю астероида величиной в десятки километров? Геофизики в самом общем случае выяснили последствия такой глобальной катастрофы. Прежде всего, образовался бы кратер диаметром в сотни и глубиной в десятки километров. Затем в атмосферу были бы выброшены десятки тысяч кубических километров обломков, причем половина из них достигла бы верхних слоев стратосферы со скоростью, опережающей звук. При попадании на водную поверхность астероид образовал бы стометровые волны цунами с разбегом на тысячи километров от места удара. Вследствие удара возникло бы планетарное землетрясение в 13 баллов по шкале Рихтера в эпицентре, что в миллион раз сильнее самого мощного землетрясения, когда-либо зафиксированного в земной истории. Наконец, пыль и пепел, поднявшись в верхние слои атмосферы, вызвали бы наступление искусственной зимы, ведь под их непроницаемым покровом температура даже на экваторе около года держалась бы вблизи нулевой отметки.

Вообще-то токсичные и угарные газы выделяются при всех больших вулканических извержениях. Но скорость их выделения при вулканической деятельности способна вызвать лишь медленное и постепенное вымирание живых существ, даже если предположить, что это мощные и продолжительные извержения, какие имели место в глубоком прошлом Земли, охватывая целые регионы земного шара и продолжаясь тысячелетия.

Дело в том, что при извержениях концентрация токсичных газов нарастает этапами. А между тем по сегодняшним представлениям главная общая особенность всех больших биологических катастроф состоит в их относительной стремительности.

Сегодня предположение, что динозавры погибли именно от удара астероида, а не от вулканических извержений, принято практически повсеместно. Однако в последнее время ситуация стала и здесь меняться в пользу гипотезы космических столкновений.

След космических столкновений должны были сохранить удивительные образования фуллерены с захваченным в них космическим газом. (Фуллерены – полые шарики из десятков атомов углерода, обладающие исключительной способностью улавливать благородные газы гелий, неон и аргон.) Это породило мысль, что фуллерены могут служить еще одним признаком космического столкновения. Если в пластах определенной эпохи будет найдено множество фуллеренов, содержащих благородные газы в том соотношении, какое характерно для метеоритов и космической пыли, а не с земными характеристиками, это станет доказательством, что в ту эпоху Земля претерпела столкновение с метеоритом или астероидом.

Чему же приписать самые известные биологические катастрофы сотни миллионов лет назад – космическим столкновениям или «серийным» извержениям вулканов?

Наибольший интерес ученых вызвало исследование периода самого грандиозного, пермско-триасового катаклизма, иногда именуемого палеонтологами «великим побоищем».

Во время этой вселенской трагедии погибло около 90 % тогдашних биологических видов, а Земля была усыпана сажей, пеплом и мельчайшими остатками метеоритного вещества. Все эти приметы позволяют предположить, что пермско-триасовая катастрофа тоже была следствием столкновения Земли с астероидом. Однако этот вывод нельзя было считать надежно доказанным, поскольку на тот же период приходится и самое огромное и затяжное во всей земной истории извержение сибирских вулканов.

Примерно 450 млн лет назад последствия чудовищного взрыва положили конец господству трилобитов – разнообразнейших членистоногих обитателей Мирового океана. Затем, 80 млн лет спустя, в конце палеозойского периода, следующая глобальная катастрофа, также вызванная падением небесного тела, уничтожила царство кораллов и рыб. Но, пожалуй, самая страшная катастрофа в истории Земли произошла 250 млн лет назад. В результате этой катастрофы небо над планетой на протяжении многих тысячелетий оказалось затянуто непроницаемыми облаками пыли. Когда тучи разошлись, оказалось, что из гигантской армии пресмыкающихся, оккупировавших к моменту катастрофы сушу, выжили лишь считаные виды. Вместо погибших видов на обновленной планете расплодились терапсиды – уже весьма близкие к млекопитающим существа. Но и им удалось взрастить свою эволюционную ветвь лишь на два десятка миллионов лет. Ковчег нашей планеты снова налетел на какой-то небесный риф или айсберг. Терапсиды вымерли, и им на смену пришли динозавры, настал знаменитый юрский период.

Правильнее было бы считать, что падение астероидов, кроме собственных разрушений, запускает чисто земные катаклизмы: землетрясения, цунами и извержения вулканов. Это косвенно подтверждает сенсационная находка на северо-западе Австралии полузасыпанного древнего метеоритного кратера диаметром 200 км. По своим размерам этот двухсоткилометровый кратер превосходит все известные астроблемы (следы столкновения с земной поверхностью космических тел; от др. – греч. ?????? – звезда и греч. ????? – рана, то есть звездная рана).

Возраст австралийского сверхкратера геологи определяют где-то в 200–250 млн лет, что вполне совпадает с эпохой «великого побоища». Метеорит или астероид, который мог породить такой огромный кратер, наверняка обладал достаточной массой и энергией, чтобы вызвать еще более страшную биологическую катастрофу, чем гибель динозавров

Гигантские каменные глыбы прилетающих из космоса астероидов, оказывается, могут не только менять течение эволюции живой материи, но и гасить хрупкое пламя разу ма… Так, средства массовой информации продолжают эксплуатировать рудиментарные страхи человечества картинами будущих космических катастроф, причем делают это со все большим наукообразием. В повседневных сенсациях после оживших динозавров, летающих тарелок и тонущих лайнеров все чаще встречаются предсказания космических катастроф с гигантскими волнами и падающими кометами.

Две трети земной поверхности занимают моря и океаны, следовательно, наиболее вероятно падение астероида именно в акваторию Мирового океана. Подобный удар породит мощную волну – цунами. Более половины крупных городов мира расположены на побережье. Компьютерные модели показывают, что волны, возникшие при падении в океан астероида, захлестнут берег на расстояние до 2 км. При своевременном оповещении вполне можно эвакуировать людей из зоны бедствия.

Катастрофическое цунами

Тем не менее всегда есть потенциальная метеоритная угроза уничтожения крупных городов или опустошительных цунами, ведь, по существу, Земля окружена густым роем астероидов. Начиная с тридцатых годов прошлого века, когда близ нее пролетел астероид Гермес диаметром в 1,5 км, было замечено более двух десятков крупных объектов, приблизившихся к Земле на крайне опасное расстояние лунной орбиты.

И сегодня встреча Земли с космической километровой скалой была бы смертельно опасной для флоры и фауны нашей планеты, не говоря уже о человечестве. Огненный шар, ворвавшийся в атмосферу на скорости в несколько сотен тысяч километров в час, на тысячелетия нанес бы огромный урон животным и растениям. Гигантские участки суши могли бы уйти под воду, небо покрыли бы непроницаемые пылевые облака, и на планете началась бы глобальная зима. По расчетам экспертов, при современной плотности населения в случае падения астероида диаметром около километра погибнет каждый четвертый житель планеты. Причинами гибели будут землетрясения, пожары, ураганы, цунами (при падении в океан), а также голод, вызванный климатическими изменениями, такими же, как при «ядерной зиме».

Ну а если земную орбиту пересечет космический айсберг, состоящий из замерзшей воды с примесью камней, песка и пыли?