Но что, если мы отмотаем наш фильм назад? Мы увидим, как сложная жизнь постепенно лишается своих последних достижений. Вот перед нами древние одноклеточные организмы. Их биохимическая архитектура довольно проста, но в то же время устойчива: генетический алфавит, основанный на ДНК, обмен веществ, осуществляемый за счет АТФ, и белковое строение, в котором задействован набор из 20 аминокислот. Общие биохимические характеристики современной жизни дают нам возможность составить общую картину отдаленного предка всех существующих на сегодня живых организмов. Это удивительное и очень важное открытие: мы связаны — эволюцией и непрерывной последовательностью клеточных делений — с самыми ранними моментами зарождения жизни на Земле. Неизменность основных биохимических принципов строения жизни указывает на то, что с самого раннего времени жизнь сделала правильный выбор и в дальнейшем строго его придерживалась.
Еще в 1871 г. Чарльз Дарвин в письме своему другу Джозефу Хукеру рассуждал о том, как могла зародиться жизнь: «…в одном из небольших теплых водоемов из всех содержащихся в нем производных аммиака и солей фосфорной кислоты под влиянием света, тепла, электричества и т. д. возникло белковое соединение, готовое к дальнейшим более сложным превращениям». Это мощное научное прозрение, позволившее заглянуть в глубины времени и рассмотреть там момент зарождения жизни, лишь одно из множества достижений Дарвина. Нам потребовалось 140 лет непрерывных научных изысканий, чтобы убедиться в его правоте. Однако мы можем ухватиться за нить развития жизни и с помощью палеонтологической летописи и радиометрического датирования горных пород отмотать ее назад, до самых ранних эпох в истории Земли.
Царство Аида
Геология повествует о физической истории планеты Земля, и во многом ее можно рассматривать как старшую сестру эволюции. В 1830 г. Чарльз Лайель опубликовал свой основополагающий труд «Основные начала геологии»
[4]. В этой книге Лайель утверждал, что геологическая история Земли складывается на протяжении невероятно долгих интервалов времени в результате медленного и непрерывного воздействия ряда сил, работу которых можно увидеть и сегодня, если внимательно присмотреться. Молодой Чарльз Дарвин взял с собой первый том «Основных начал», когда в 1831 г. отправился в путешествие на корабле «Бигль» (второй том ему должны были доставить по почте), и подход Лайеля оставил глубокий отпечаток на его собственных научных взглядах. Получалось, что эволюция и геологическое развитие шли параллельно: геология описывала долгую историю Земли и предусматривала временны́е интервалы, за которые небольшие эволюционные изменения могут закрепиться в поколениях живых организмов и привести к тому биоразнообразию, которое существует на сегодняшний день.
Современная геология делит историю Земли на четыре основных эона: катархей (самый ранний), архей, протерозой и фанерозой (самый поздний). О тесной связи между геологической историей Земли и историей существования на ней жизни свидетельствует тот факт, что геологическое развитие нашей планеты подразделяется на этапы в соответствии с характеристиками (или отсутствием) органического мира, определяемым по горным породам каждого периода.
Катархейский эон охватывает самые ранние эпохи истории Земли. Древнейшие доступные нам геологические данные содержатся в крошечных кристаллах циркона, возраст которых, определенный с помощью радиометрических методов, составляет 4,4 млрд лет. Эти крошечные кристаллы, представляющие собой не что иное, как фрагменты поверхности ранней Земли, обычно встречаются в виде мелких вкраплений в других, также древних, но значительно более молодых горных породах. В катархей наша планета была молода: ее тонкая кора только-только начала затвердевать над расплавленными недрами. Изнутри поверхность Земли разрывала буйная вулканическая деятельность, а сверху поливал беспрерывный поток планетных обломков — астероидов и комет, согласно современной терминологии.
Следы этих древних бомбардировок были стерты с лица Земли за 4 млрд лет геологической активности (вулканизм, тектоника плит и старая добрая эрозия). Однако бурная история тех давних времен запечатлелась во всей своей красе на неровной поверхности Луны. Наибольшая плотность кратеров наблюдается на самых старых возвышенностях, возраст которых был установлен радиометрическим методом по горным породам, доставленным «Аполлоном-16 и 17», а наименьшая — на относительно более молодых участках лунных морей («Аполлон-11, 12, 14 и 15»). На основании этих данных мы можем сделать вывод, что бомбардировка прекратилась примерно 3,9 млрд лет назад, причем большинство столкновений произошло в последний, относительно короткий интервал времени. На этом завершился катархейский эон истории Земли — катастрофический, бурный и губительный для любой формы жизни.
Архей: отголоски древней жизни
Архейский эон начался 3,9 млрд лет назад: на смену тяжелой бомбардировке пришел период относительного спокойствия. Самые древние горные породы на Земле датируются чуть более ранним периодом и служат надежным подтверждением существования твердой коры. Самые ранние признаки жизни спрятаны в глубине архейских пород: в древних микрофоссилиях возрастом 3,5 млрд лет можно усмотреть отдаленное сходство с живыми клетками. Одиночные микрофоссилии неизменно находят в слоистых окаменелостях, замечательно именуемых также криптозоонами (т. е. «скрытоживыми»). Эти минерализованные колонии древних микроорганизмов удивительно похожи на современные строматолиты — примитивные сообщества архей и бактерий, образующие небольшие, размером с табуретку, каменные холмики на мелководье соленых лагун.
Такие микрофоссилии — единственное материальное подтверждение существования архейской жизни. Колонии простейших одноклеточных организмов были единственными живыми обитателями нашей планеты в то время. Эти клетки не обладали ядром, и молекула ДНК с их генетическим кодом свободно плавала внутри клеточной структуры.
Характерная и повсеместно распространенная особенность земной жизни позволяет нам провести остроумный геохимический эксперимент, с помощью которого мы можем удостовериться, что в ранние геологические эпохи на нашей планете уже присутствовали живые организмы. Вся современная жизнь зависит от проникновения углерода сквозь клеточную мембрану и реакций, в которые он вступает, находясь во внутриклеточной жидкости. В природе существует два стабильных изотопа углерода: углерод-12 (12C — содержащий 6 протонов и 6 нейтронов), который составляет приблизительно 99 % от всего встречающегося в природе углерода, и углерод-13 (13C — 6 протонов и 7 нейтронов). Более тяжелый изотоп 13C не может проникнуть через клеточную мембрану так же легко, как 12C, и поэтому его содержание в живых организмах существенно ниже, чем в природе. Таким образом, живая материя служит хорошим фильтром для изотопов углерода, а умирая, древние живые существа откладывались на дне океана в виде осадочных пород. Следовательно, если сравнить процентное содержание изотопов углерода в различных осадочных породах, то можно определить, какие из них образовались в результате процессов жизнедеятельности, а какие состоят из минеральных отложений.
