Скільки років живій речовині Землі

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Наша планета в своїй геологічній структурі виявляється в зоні років, тисячі мільярдів (може бути, більше). Академік В. І. Вернадський.

Здається, відповісти на питання в заголовку простіше простого. На даний момент загальновизнаним вважається, що Земля виникла 4,6 мільярда років тому, а життя на ній зародилося всього 2-3 мільярди років тому.

Але ось академіки Б. С. Соколов і А. В. Сидоренко, відводять життю не два-три, а чотири або трохи більше мільярдів років. Океанолог ж академік Л. А. Зенкевич вважав, що еволюція життя тільки в океанах могла зайняти десятки і навіть сотні мільярдів років. А академік В. І. Вернадський оцінював вік нашої планети навіть в тисячі мільярдів років.

Що служило або служить основою для таких припущень! На початку минулого століття геологи і палеонтологи знаходили залишки живих організмів тільки в осадових породах не давніше п’ятисот мільйонів років. Здавалося природним, що раніше життя і не було. Самі такі породи отримали ім’я палеозойських (від давньогрецького «стародавнє життя»). Шари, що відклалися в близький до нас час, стали іменувати кайнозойськими («кайно» — нова), а проміжні — мезозойськими («мезо» — середня). Відкладення давніші, ніж палеозойські, так і назвали дожиттєвими — протозойськими (протерозойськими). Але йшли роки. І сліди життя вдалося знайти не тільки в «дожиттєвих» породах, але навіть і в ще більш древніх — архейських.

В. І. Вернадський порівнював між собою гірські породи архея, протерозою і кайнозою, вивчаючи процеси утворення цих порід,— і підкреслив у своїх висновках принципову схожість таких процесів, хоча вони йшли в різні геологічні епохи, в різко різних, здавалося б, умовах. Значить, насправді спільне між цими епохами було значніше відмінностей. І таким головним загальним фактором могло бути тільки життя.

Ось тут-то Вернадський і прийшов до переконання, що терміни існування планети і еволюції життя на ній треба різко збільшити — щоб життя могло почати грати свою найважливішу геологічну роль на Землі в куди більш ранні терміни, ніж вважалося.

Сьогодні залишки найдавніших порівняно високорозвинених рослин датують часом в 2-3 мільярди і навіть дещо більше років. У вуглистих сланцях системи Вітватерсранд (Африка) знайдені залишки рослин, схожих з грибами і лишайниками. Розміри цих рослин не перевищували сантиметра. Але можна впевнено сказати, що появі таких високоорганізованих біологічних структур повинна була передувати довга еволюція.

Причому більш пізні етапи еволюції, як правило, відразу і коротше і багатше подіями. На те, щоб частина риб пройшла шлях перетворення в земноводних, пішло більше часу, ніж на еволюційне перетворення частини земноводних в плазунів. І це тільки один з безлічі прикладів.

В ході еволюції максимальні розміри живих істот зростають. Зараз найбільші наземні рослини – секвої висотою (довжиною) понад 100 метрів. Цей рубіж був перейдений ними вже десять мільйонів років тому. Але в нижньому палеозої (півтораста мільйонів років тому) найбільші рослини ненабагато перевищували один метр. Гриби і лишайники архея 2-3 мільярди років тому ледь досягали сантиметра. На скільки ж мільярдів років треба піти в минуле, щоб «гігантами» рослинного світу виявилися напівживі структури, що складаються — кожна — з однієї-єдиної молекули розміром в соту частку мікрона! Але ж такі напівживі структури, за сучасними уявленнями, повинні були служити необхідною ланкою еволюції. Шлях же від них до грибів і лишайників міг зайняти і тисячі мільярдів років, особливо якщо врахувати закон прискорення еволюції.

Далі. Зараз життя в своїх вищих формах використовує практично всю таблицю елементів Менделєєва, включаючи багато ізотопів. В археї цей «хімічний набір життя» був набагато біднішим, в первісній же формі він міг включати в себе всього лише п’ять елементів — водень, вуглець, азот, кисень і фосфор.

Як здається, шлях освоєння і мобілізації життям все нових і нових хімічних елементів повинен був зайняти набагато більше часу, ніж відводиться на те нині прийнятою геологічною хронологією.

А тепер про нові дані щодо вражаючої подібності найдавніших і пізніх гірських порід, подібності, яка так займала В. І. Вернадського.

У метаморфізованих (перетворених) відкладеннях віком до 3,8 мільярда років приблизно стільки ж органічної речовини біогенного походження, скільки в молодих опадах.

Кварцити архея являють собою метаморфізовані піски і пісковики; біогенного вуглецю в кварцитах 0,45 відсотка. Приблизно стільки ж його в нинішніх пісках і пісковиках. Подібна картина – з іншими породами.

Виходить, за останні три і навіть чотири мільярди років роль життя в утворенні гірських порід змінилася мало. Сьогоднішній рівень її впливу на оболонки Землі був, виходить, досягнутий давно. А для цього вже чотири мільярди років повинен працювати на «нинішньому рівні» механізм фотосинтезу в своїх наземних формах. Почалася ж еволюція життя в океані, і перші рослини, що використовують енергію світла, теж з’явилися у воді. Відпрацювання фотосинтезу морськими рослинами повинно було зайняти чимало часу.

Врахуйте, до сих пір наземна і морська біомаси розрізняються за вмістом в їх вуглеці важкого ізотопу цього елемента С13. У вихідному вуглеці планети відношення С13 до звичайного С12 становить 0,01124, у вуглеці морської біомаси — 0,1108, у вуглеці біомаси на суші — 0,010092. Життя виробляє якийсь відбір між ізотопами, причому з часом цей відбір стає жорсткіше, важкого ізотопу в живу речовину надходить все менше. Цей процес повинен був початися дуже давно, адже вже чотири мільярди років тому було досягнуто нинішнє співвідношення ізотопів вуглецю в наземній біомасі. Про те ж говорить вивчення ізотопного складу біогенного кисню.

Кисень засвоюється організмом в основному у вигляді двох ізотопів – О18 і О16. Причому відношення важкого ізотопу до звичайного в мінералах біогенного походження з часом, при направленні від минулого до сьогодення, весь час збільшується. Частка важкого кисню більше, наприклад, в сучасних осадових карбонатах, ніж в палеозойських, а в тих — більше, ніж в архейських.

У кисні ж, який з життям за походженням ніяк не пов’язаний, це співвідношення ізотопів набагато менше. Ця виразна тенденція знову-таки вимагає добавки часу до історії Землі – добавки, необхідної для еволюції відношення ізотопів від дожиттєвого рівня до архейського.

Є, мені видається, і інші доводи на користь такої точки зору. Подовження передбіологічної еволюції хімічних молекул і початкової стадії біологічної еволюції дозволяє зняти чимале число важких питань. Давно відомо, як неправдоподібно низька ймовірність появи такої випадкової комбінації абіогенних органічних молекул, яка повела б до закономірного розвитку життя. У новому варіанті хронології ситуація стає більш імовірною.

Природним виглядало б і усунення такої безглуздості, як уповільнення з часом темпів еволюції життя.

Автор: В. Денисенко, кандидат геолого-мінеральних наук.