Жизнь на Земле появляется одновременно с появлением воды
Как известно, осадочные породы можно разделить по их происхождению на биогенные , т. е. образующиеся при непосредственном участии живых организмов (например, писчий мел), и абиогенные (например, песчаник). В 1922 г. В.И. Вернадский , исходя из структуры и геохимических особенностей различных осадочных пород, пришел к такому заключению: в геологической истории Земли не удается обнаружить периода - сколь угодно древнего, - когда образование всех известных для него осадков происходило бы заведомо абиогенным путем. Следовательно, заключал он, если мы будем твердо стоять на почве эмпирических обобщений (а не всякого рода "общих соображений", то нам придется признать, что жизнь существовала на Земле всегда - "биосфера геологически вечна". Этот несколько ошарашивающий вывод можно строго переформулировать в виде презумпции: "Следует считать, что жизнь на Земле существовала изначально - до тех пор, пока не доказано обратное" (до того презумпция была противоположной).
Так вот, в последние десятилетия в области изучения древнейших форм жизни произошла подлинная революция, в ходе которой точка зрения Вернадского получила достаточно весомые фактические подтверждения. Как мы помним из раздела Возраст земли , древнейшие из известных минералов имеют возраст 4,2 млрд лет (оценка возраста Земли в 4,5-4,6 млрд лет основана на анализе вещества метеоритов и лунного грунта). Возраст же древнейших пород, в которых найден углерод заведомо органического происхождения (в углероде, принимавшем когда-либо участие в реакциях фотосинтеза, необратимо меняется соотношение изотопов 12С и 13С) составляет 3,8 млрд лет. Цифра, согласитесь, неслабая и сама по себе, однако тут есть еще важное дополнительное обстоятельство. Дело в том, что формацию Исуа в Гренландии, где обнаружен этот графитизированный органический углерод, составляют вообще древнейшие на Земле осадочные породы. Таким образом, первые достоверные следы жизни появляются на Земле одновременно с первыми достоверными следами воды. А поскольку ископаемые могут сохраняться только в осадочных породах (за редчайшими исключениями, вроде захоронений под вулканическими пеплопадами и т. п.), то можно сформулировать и так: достоверные следы жизни известны в геологической летописи Земли с того самого момента, когда возникает принципиальная возможность их фиксации. Итак, "презумпция Вернадского" стала теперь фактически неуязвимой.
Еще недавно биологи уверенно рисовали, исходя из общих соображений, такую картину. Самый длинный отрезок в истории Земли приходился на образование первых биологических систем из неорганической материи. Несколько меньшее время потребовалось на возникновение первых клеток, и лишь после этого начался все ускоряющийся процесс собственно биологической эволюции. Первыми живыми существами были гетеротрофные микроорганизмы , питавшиеся "первичным бульоном" - той органикой, что в избытке возникала в первичной атмосфере и океане в результате процессов, частично смоделированных Миллером. Затем уже возникли и автотрофы , синтезирующие органику из углекислого газа и воды, используя для этого энергию окислительных химических реакций ( хемоавтотрофы ) или солнечного света ( фотоавтотрофы ). Реальные факты, однако, вынудили отказаться от этой умозрительной схемы. В числе прочего не нашли подтверждений и представления об исходной гетеротрофности живых существ; судя по всему, авто и гетеротрофность возникли одновременно.
Один из ведущих специалистов по микробным сообществам Г.А. Заварзин обращает внимание на то, что "первичный бульон" даже теоретически не мог быть источником пищи для "первичной жизни" , так как является конечным, исчерпываемым ресурсом. Поскольку живые существа размножаются в геометрической прогрессии (вспомните всякого рода занимательные задачки о потомках одной бактерии, заполняющих сперва наперсток, потом железнодорожный состав и т. д.), потомство первых же гетеротрофов должно было бы сожрать весь этот "бульон" за совершенно ничтожное время; после этого все они, естественно, мрут от голода - и извольте создавать Жизнь на Земле по новой. Не меньшие неприятности, впрочем, ожидают и чисто автотрофную биосферу, которая в том же темпе - и с тем же конечным результатом! - свяжет весь углерод на планете в виде неразложимых высокомолекулярных соединений. Первичность хемоавтотрофности (относительно фотоавтотрофности) тоже принято было считать несомненной; серьезным аргументом тут является то обстоятельство, что наиболее архаичные из всех прокариот, архебактерии именно хемотрофы. Однако и здесь, как выяснилось, все не так уж очевидно. Молекула фотосинтезирующего пигмента (например, хлорофилла ) поглощает квант света; в дальнейшем энергия этого кванта используется в различных химических превращениях. Так вот, есть серьезные основания полагать, что первичной функцией этих пигментов была просто-напросто нейтрализация разрушительной для организма (да и вообще для любой высокомолекулярной системы) энергии квантов ультрафиолетового излучения, беспрепятственно проникавшего в те времена сквозь лишенную озонового слоя атмосферу. Впоследствии те, кто приспособился еще и использовать эту энергию "в мирных целях", разумеется, получили гигантские преимущества, однако сама по себе "радиационная защита" ДНК при помощи пигментов должна была сформироваться уже на стадии доорганизменных гиперциклов. Понятно, что доводить эту защиту до совершенства имело смысл лишь тем из них, кто обитал в поверхностном слое океана (10 метровый слой воды полностью защищает от ультрафиолета любой интенсивности); именно они, судя по всему, и дали начало фотоавтотрофам, тогда как глубины остались в распоряжении хемоавтотрофов. Существованию фотоавтотрофов с самых давних времен есть и прямые доказательства (древнейшие организмы из формации Исуа , как мы помним, были именно фотосинтезирующими, а в породах возраста 3,1 млрд лет содержатся остатки хлорофилла - фитан и пристал - и даже неразложившийся цианобактериальный пигмент фикобилин ), но гораздо проще отслеживать деятельность фотоавтотрофов по одному из ее побочных продуктов - накоплению кислорода в атмосфере земли .
