Загадка походження життя

Класична палеонтологія була наукою про життя у фанерозої. Так називається об’єднання трьох останніх геологічних ер. Все, що ми знали про древніх тварин і рослин, завжди було пов’язано тільки з ним. Уяву натураліста завжди вражало раптове виникнення як би «з нічого» відразу безлічі самих різних тварин і рослин, що сталося на рубежі кембрію. Систематик міг виявити в ранньокембрійських шарах чи не всі відомі йому типи безхребетних, а трохи пізніше почався бурхливий розвиток і хребетних. Словом, від початку кембрію і до наших днів проглядається безперервна лінія розвитку життя. Але що ж було до цього? Чи не справді вся ця безліч форм виникла з нічого?..

Адже історична послідовність подій пронизує геологічне та біологічне минуле планети. Всі колишні біосфери Землі залишили свій слід в історії розвитку її кори, а осадові відкладення — стратисфера — прямий продукт розвитку цих біосфер. Сама унікальна і примітна особливість Землі як планети Сонячної системи – стратисфера – укладає поки найбільш повний «запис» подій, що стосуються як самої Землі, так і Всесвіту протягом останніх майже чотирьох мільярдів років.

Мушу сказати, що досі ця вкрай оригінальна риса життя, його виняткова тривалість і безперервність явно недооцінюється багатьма дослідниками, хоч і здається очевидною. Ми якось дуже легко миримося з втраченими сторінками в Книзі Життя. Така недооцінка мала своє пояснення: інтереси біологів-систематиків лише віддалено стосувалися еволюції далекого минулого, а морфологи або не прагнули наблизитися до початкової «точки відліку» в еволюції живих істот, або вважали цю справу безнадійною. До того ж думка, сформульована Дарвіном, що геологічний літопис неповний, так би мовити, спочатку, сприймалася без перевірки, як аксіома.

Бути може тому деякі біологи, відтворюючи родинні корені, занадто беззастережно вважають за краще мізерні порівняльні дані про будову ДНК нині живучих груп тварин або рослин реальним фактам палеонтологічної історії органічного світу. Але ж ми далеко не все ще знаємо про те, наскільки обмежена можлива різноманітність в природі, хоча б біомінеральних структур, з яких будуються скелети самих неспоріднених форм, як і про те, яким шляхом виникла біохімічна єдність живої матерії.

Лише після того, як була створена основа радіометричної шкали часу, вдалося підняти завісу над, здавалося, назавжди прихованими витоками класичної панорами еволюційного процесу і зрозуміти, яким гігантським був час, що передував епохам, вже освоєним наукою.

Як стало ясно зараз, осадова оболонка планети почала формуватися дуже рано. Але, повторюю до недавнього часу історія життя на Землі пов’язувалася лише з палеозоєм, мезозоєм і кайнозоєм, тобто з невеликим відрізком Земної біографії. Вся попередня історія отримала лише загальну назву докембрія. Це були епохи «прихованого життя», таємничий світ, в якому життя зародилося і розвинулося з переджиттєвих органохімічних форм до рівня самостійно відтворюваних організмів.

І тільки зараз ми починаємо розбиратися і розуміти стрункий процес ускладнення живих систем, розтягнутий на цілих три мільярди років — на шість сьомих історії земної кори.

Тепер ми вже знаємо про докембрій досить, для того щоб відповісти на багато з здивованих питань минулого. І хоча, на жаль, ще більше загадок залишається поки прихованими в товщах найдавніших осадових порід і нитка життя часом поки ще переривається для нас… все ж те що ми тепер дізналися, значно розширює уявлення про те, як в основному йшов еволюційний процес. Ймовірно, ми тепер трохи ближче і до головної загадки життя, питання про його походження. Строго кажучи, палеонтологу краще користуватися виразом «поява життя» на землі, так як сміливі і цілком матеріалістичні гіпотези Опаріна, Холдейна і Бернала — гіпотези хімічної появи життя — все ще вимагають подальшої експериментальної розробки. І хоча погляди цих вчених широко поділяються вченими багатьох інших спеціальностей, реалістичною базою наших міркувань в кінцевому рахунку може служити лише виявлення найдавніших слідів активного, що розвивається в земних умовах життя. Саме тому інтереси палеонтологів, біохіміків та геохіміків все тісніше переплітаються.

Поштовхом до ґрунтовного вивчення докембрію після Другої світової війни послужило глибоке, так зване опорне буріння. Воно дало в руки вчених деякий новий фактичний матеріал. А біохімія забезпечила нас своїми підходами. Але, повторюю, головним поштовхом величезного дослідницького інтересу до докембрію послужило змінене уявлення про геологічний час, про тривалість предкембрійського процесу… Отже, що ж ми знаємо про три мільярди років, що передували кембрію?

Не буду перераховувати всі конкретні знахідки, вони численні — від вуглеводних продуктів перетворення перших фотосинтезуючих організмів стародавнього докембрію, а також дрібних органічних тілець, ймовірно, бактеріального походження та деяких інших слідів життя, які свідчать про те, що чотири — три з половиною мільярди років тому вже існували організми, і не в єдиному варіанті, до явних одноклітинних, наділених не цілком ще зрозумілими внутрішньоклітинними структурами, і безскелетних багатоклітинних досить великих і різноманітних форм. Важливо, що ми добре уявляємо собі зараз систематичне розмаїття докембрійського життя, можемо виділити в ньому хоча б найбільші таксони — сімейства, загони, класи, типи.

З помилками в сто-двісті мільйонів років, але все-таки ми можемо говорити і про інтервали часу, в яких формувалися найважливіші стадії життя. Наприклад, поява прокаріотичних організмів в безкисневій атмосфері і утворення кисневої атмосфери в результаті ускладненого біогенного процесу. Якби не з’явилися колись перші синьо-зелені водорості і бактерії з апаратом фотосинтезу, на Землі не було б життєво важливих запасів кисню і не було б тієї картини життя, що тепер перед нами. Досить багато ми дізналися і про рівні організації живих систем, особливо про пізніші стадії, коли стали формуватися явно еукаріотні найпростіші організми, а потім і явно багатоклітинні рослини і тварини. Відомий і момент, з якого починається поява перших скелетних організмів. Відомо, як йшов процес мобілізації мінеральної речовини – будівельного матеріалу скелетів – найдавнішими безхребетними.

Досить добре ми уявляємо собі і розвиток навколишнього середовища: епохи заледенінь, історію вуглекислотної атмосфери, історію кисню. Дещо знаємо про історію світового океану, про поширення платформних морів. Прогріті Сонцем, переповнені живими істотами, вони були особливо важливі для розвитку життя.

Палеонтологія докембрію дає новий матеріал і для еволюційної теорії. Можна стверджувати, що темпи еволюції в докембрії і фанерозої були в істотній мірі різні. Вся докембрійська еволюція вимальовується як процес більш монотонний, ніж еволюція фанерозойська.

І, тим не менш, найбільш фундаментальні події в розвитку органічного світу відбулися саме в докембрії. Це може здатися парадоксальним, але здається, що шлях, який пройшов органічний світ від бактерії до нас з вами, простіший, ніж шлях, який пов’язав складні, але предбіологічні молекули з біологічною еволюцією формуванням перших самовідтворювальних прокаріотів і тим більше найпростіших одноклітинних організмів, вже наділених ядром і пластинами, що управляли всім клітинним господарством.

Представляється на підставі наявних в наших руках фактів, що загальна картина розвитку органічного світу значно складніша і різноманітніша, ніж це вважалося раніше. Мабуть, ми маємо справу з багаторазовими спробами створення живих систем природою. Синьо-зелені водорості, бактерії і гриби — три стовбури, спільності походження яких ми не знаємо, і дуже може бути, що вони, всі три, мають абсолютно різні корені, заглиблюються аж до «переджиття». В цілому стає зрозумілим, що еволюційний розвиток йшов не одним-єдиним шляхом. Ми не знаємо і як зв’язати в родинні стовбури багатьох безхребетних: нижче кордону кембрію зараз «опущені» корінці цілого ряду гілок еволюційного древа, і вони не сходяться… І чи зійдуться взагалі?!

Цікаво торкнутися і ще одного питання: ми знайшли початок дуже цікавої книги, яку вчені читають давно і яка всіх хвилює, і ось виявляється, що, як завжди, в цій книзі вирвані найцікавіші сторінки: переходи від однієї глави до іншої. У цьому постійному недоліку сполучних ланок повинен бути сенс. У стратиграфії ми з цим стикаємося регулярно: в товщах, що нормально пластуються залишки органічного світу виявляються часто абсолютно несхожими. Ми постійно стоїмо перед питанням – що це означає? Фази різкого оновлення? Результат міграції живих істот звідкись з інших місць? Нерідко це зрозуміло – в якійсь товщі морських відкладень життя проглядається як безперервний процес, потім дно осушилося, і нова трансгресія моря принесла нове життя… Але іноді зміна абсолютно загадкова.

Ця проблема впирається, як мені здається, в значній мірі в питання, як же взагалі йшов процес видоутворення. Чи був це процес плавної трансформації або він носив хоча б в окремі епохи вибуховий характер. Я думаю, ударні події в еволюції все-таки були, без них нам дуже важко зрозуміти весь її хід. Ми спостерігаємо, скажімо, як в абсолютно різних «стовбурах» тваринного і рослинного світу, але в близьких вікових інтервалах – формуються нові таксони, іноді на рівні виду, іноді роду або навіть сімейства. І це відбувається дуже швидко. Значить, діють якісь механізми, загальні для планети. Що це може бути? Ймовірно, великі екологічні впливи, космічна радіація, які поки мало залучалися для пояснення еволюційних незрозумілостей, але які, безсумнівно, слід залучати.

Адже якщо це так, тоді легше зрозуміти, чому ми часто не бачимо перехідні ланки, а «раптом» зустрічаємося з уже оновленим життям. Якщо діють ці ударні сили, то, звичайно, процес мутагенезу йде дуже швидко. А наявність відповідних екологічних ніш дозволяє новоствореним видам так само швидко і поширюватися. У геології ми маємо справу з мільйонами і цілими мільярдами років, і якщо еволюційний «струс» охоплює, припустимо, навіть десятки тисяч років, то ми можемо цього і не помітити.

Відкриття докембрійських тварин і рослинних організмів, природно, наштовхнуло геологів на думку, а чи не можна їх використовувати в практичних цілях, так, як використовується палеонтологічний матеріал фанерозою. Адже час, який ми вимірюємо в геології, по суті справи біологічний — відображає хід еволюції. Раз в докембрії існували організми, значить, можна розсунути межі застосування палеонтологічного методу. І це стали робити. Перш за все, зі стратиграфічної точки зору привернули увагу так звані строматолітові споруди — залишки життєдіяльності водоростей і бактерій: виявилося, що в грубих своїх рисах вони в ході геологічної історії змінюються.

Наприклад, для верхнього протерозою близько мільярда років можна виділити чотири підрозділи: ранній рифей, середній рифей, пізній рифей і венд. Кожен з цих етапів характеризується своїм набором строматолітів. Слідом за строматолітами стали вивчатися для «датування» й інші організми: фітопланктон, водорості, а у венді — найдавніші безскелетні багатоклітинні хребетні. Так що ми вже можемо говорити про біостратиграфії докембрію. Тобто можливості палеонтологічного методу різко розсунулися, і заслуга тут перш за все палеонтологів і стратиграфів.

Але до останнього часу нам все-таки не вистачало поглиблення в палеобіологію докембрійських організмів. На перших порах практичний ефект відсунув на задній план розуміння самої їх природи. Зараз це вже майже забуто, але ж колись, років 25 тому, найдавніші знахідки мікрофітопланктону були інтерпретовані як знахідки спір (!) наземних рослин… Як бачите, повинні були пройти болісні стадії роздумів, емоцій, суперечок, помилок, дискусій, навіть інфарктів, щоб врешті-решт дістатися до істини. Тепер нам належить все більш заглиблюватися і в екологію, і в систематику, і в біологію древніх організмів.

Ми повинні точніше визначити і ту епоху, коли ж нарешті сформувався еукаріотичний організм. Відповісти на питання, як він формувався; або це був нормальний процес внутрішнього ускладнення клітини, або, як вважають деякі, цей процес йшов на основі симбіогенезу: скажімо, в клітину зеленої водорості впровадилася бактерія.

Масу загадок задають, звичайно, і найдавніші багатоклітинні. Таємниця їх походження – як і раніше предмет дискусій, чи це перетворені в організм функціонально спеціалізовані агрегати одноклітинних, чи це «недорозділені» клітини з ускладненням внутрішніх структур та їх функцій. Могли бути й інші шляхи. Але в будь-якому випадку величезна роль належала статевому розмноженню.

І ось всі ці обставини – необхідність глибокого вивчення докембрійського життя – і привели до переконання, що треба не так вже поспішати з прямими практичними висновками, а спочатку слід розібратися в самій біологічній природі матеріалу. Тільки тоді будуть науково виправдані і можливості практичних додатків.

Автор: Соколов Б. С., геолог.