Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания, которая еще ждет своего решения. Как отметил видный российский палеонтолог академик Б.С.Соколов, даже на "сумасшедший" вопрос "что древнее: Земля или жизнь на ней?", строго говоря, мы не можем дать определенного ответа. Большинство авторов гипотез о происхождении жизни на Земле допускали, что в течение огромного промежутка времени планета наша после возникновения 4,55 млрд лет назад была безжизненной, и на ее поверхности, в атмосфере и океане происходил медленный абиогенный синтез органических соединений, который привел к образованию первых примитивных организмов. Установилось почти традиционное представление о том, что на Земле происходила длительная химическая эволюция, предшествующая биологической и охватившая интервал времени не менее 1 млрд лет. Появились и другие, противоположные, представления о необычайной длительности существования жизни на Земле. Они были высказаны В. И. Вернадским и рядом других крупных ученых и подтверждаются современными исследованиями в области палеонтологии и палегеохимии. Возможно, Земля и жизнь на ней - почти ровесники, и поэтому предпочтительнее говорить о появлении жизни на Земле, а не об ее происхождении.
Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого 3,8 млрд лет. Осадкообразование этого комплекса началось еще ранее, не менее 4 млрд лет назад. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на существование жизни в то далекое время. Они выражаются в изотопном составе углерода, в наличии окисленного железа, осадившегося под воздействием свободного кислорода от фотосинтеза тех времен, в наличии
85
некоторых органических соединений в графитовых включениях. Все эти следы отражают присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами. Этими организмами могли быть сине-зеленые водоросли, существующие и в настоящее время, или их предки, возникшие в процессе длительной эволюции, предшествующей дате 4 млрд лет тому назад. Появлению автотрофной фотосинтезирующей жизни должен предшествовать период времени, который привел к образованию организмов довольно большой сложности. Так, фотоавтотрофной жизни должна предшествовать гетеротрофная как более примитивная. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в виде гетеротрофных бактерий, получивших пищу и энергию от органического материала абиогенного происхождения, возникшего еще раньше. Отсюда следует, что начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы даты 4 млрд лет, за пределы каменной летописи земной коры.
Таким образом, сочетание недавно полученных микропалеонтологических, биогеохимических и изотопных данных упорно свидетельствует о том, что жизнь на Земле существует примерно столько же времени, сколько существует и сама наша планета. Это заключение подтверждает на современном научном материале обобщение В. И. Вернадского, который свыше 50 лет тому назад писал: "Для нашей планеты эмпирически установлено существование жизни в самых древних доступных отложениях, нам на нашей планете известных. С другой стороны, нигде мы не нашли в биосфере горных пород, которые указывали бы на их образование в течение геологического времени в отсутствие живого вещества. Даже массивные породы, как вулканические, так и плутонические, носят в себе несомненные следы существования живого вещества в условиях их образования. Эмпирически, таким образом, мы не нашли указаний на время, когда живого вещества на нашей планете не было. Жизнь на ней геологически вечна".
В свете новых данных неизбежно следует вывод о раннем зарождении жизни в пределах солнечной системы. Химическая эволюция вещества Земли и всех планет Солнечной системы совершалась еще в космических условиях в период, предшествующий их образованию. Ряд обстоятельств говорит о том, что образование основной массы сложных органических веществ как родоначальников жизни совершалось за пределами Земли также в период, предшествующий ее образованию.
В настоящее время получены космохимические данные, указывающие на широкие возможности возникновения органических веществ как предшественников жизни в космических условиях. Органические соединения достаточно большой сложности содержатся в метеоритах, относящихся к углистным хондритам, возраст которых, по данным ядерной геохронологии, установлен в пределах 4,5-4,6 млрд лет, что совпадает с возрастом Земли и
86
Луны. Органическое вещество в метеоритах обнаружил впервые знаменитый шведский химик И. Берцелиус в 1834 г. В органическом веществе метеоритов обнаружены углеводороды, спирты, органические полимеры, аминокислоты, которые обычно выступают как составные части белковых тел. Все органические соединения метеоритов не обнаружили оптической активности (вращение плоскости поляризации света, так называемой хиральности), свойственной органическим веществам биологического происхождения, что свидетельствует об их абиогенном происхождении.
Метеориты представляют собой осколки более крупных тел - астероидов. Большинство изученных (по отражательной способности) астероидов имеет тот же состав, что и метеориты с органическими молекулами. Отсюда можно сделать вывод, что образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением.
Видимо, эти процессы происходили на последних стадиях остывания солнечной туманности при температуре ниже 500 К, когда совершались реакции между водородом, СО4, простейшими соединениями азота в присутствии веществ, которые могли быть катализаторами этих реакций (магнетит, гидратированные силикаты и др.) и при наличии ионизирующей радиации, радиоактивных изотопов.
Отсюда следует, что синтез довольно сложных органических соединений как предшественников живого вещества был закономерным этапом в химической эволюции Солнечной системы в-канун формирования планет. Возникшие в космических условиях органические вещества вошли в состав многих тел и попали на рождающуюся Землю на последних стадиях аккумуляции, но лишь на Земле реализовались возможности дальнейшей прогрессивной эволюции, которые обеспечили быстрое возникновение саморегулирующихся высокомолекулярных систем - непосредственных предков первых живых организмов. В метеоритах и астероидах химическая эволюция оказалась замороженной.
Предполагают, что первые формы жизни на нашей планете представляли собой биохимические простые одноклеточные или неклеточные структуры в водоемах, гетеротрофные по способу питания. Важным переломным этапом в эволюции древней биосферы был переход от стадии гетеротрофного режима к новому - автотрофному, основанному на дыхании в окислительных условиях. Восстановительная гетеротрофная биосфера превратилась в автотрофную окислительную. Это было обусловлено возникновением фотосинтезирующих организмов, которыми были сине-зеленые водоросли или их предки, скорее всего, цианобактерии. Сначала наличие свободного кислорода фотосинтетического происхождения ограничивалось верхними горизонтами древних водоемов в зоне проникновения солнечного света. Затем в связи с
87
ростом и размножением фотосинтезирующих организмов количество свободного кислорода стало возрастать, захватило атмосферу и создало предпосылки для образования озонового экрана. Этот переломный момент в развитии биосферы имел место более 4 млрд лет назад. Увеличение свободного кислорода в атмосфере создало предпосылки для экспансии органического мира из гидросферы на поверхность континентов. В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер, что выявляется по характеру древних осадков.
- Почему биосферу называют глобальной экосистемой?
- Какие свойства живого вещества вы знаете?
- Как распределяется жизнь в биосфере?
- Что вам известно об энергетике биосферы?
- Что вам известно о круговороте воды и углерода в биосфере?
- Что такое геохимические работы живого вещества?
- Как поддерживается стабильность биосферы?
- Есть ли границы стабильности биосферы?
- Что вам известно о происхождении жизни на Земле?
88
