Ошибкой многих моделей биохимической эволюции было то, что они рассматривали протобионтов как пассивный объект химических изменений, совершенно игнорируя их мобилизационную активность, биохимическую работу, саморегулирование собственного состояния и внутренний отбор. Если бы не эти факторы, запустившие процессы самоконструирования, жизнь не возникла бы не только за миллиард лет, но и за миллиард миллиардов лет. Вывести чисто химическим путём жизнь из неживой материи невозможно. Химию направляла биохимическая мобилизация, возникшая из химической самоорганизации.
Глава 12. История жизни, её развитие и прогресс
12.1. Архейская эра
По современный представлениям, жизнь на Земле существует около 3,6 млрд. лет. Но очень может быть, что по мере расширения наших знаний этот срок также будет продляться подобно тому, как продляется на основе археологическо-палеонтологических исследований срок существования на Земле обезьяноподобных предков человека. Ибо возникновение жизни уходит своими «корнями» в тот «тёмный» миллиард лет, в который происходило формирование Земли, отвердевание и остывание её поверхности, формирование гидросферы и атмосферы, что сделало возможным образование протожизни и её трансформацию в наиболее примитивную жизнь.
За эти жизнетворческие 3,6 млрд. лет на Земле сменились пять геолого-палеонтологических эр: архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская. Причём даже по названиям, как уже отмечалось выше, эти эры соответствуют не геологическим, а биологическим этапам истории Земли, ибо «зоя» по-гречески означает «жизнь».
Архейская эра (от греч. «архайос» – древний) – время становления и развития самой древней, наиболее примитивной жизни, первоначальный этап в истории биосферы. Архейская эра началась с подготовительного этапа, с возникновения преджизни и её превращения в неполную, ограниченную в своих функциях и возможностях жизнь. Этот этап относится к периоду, который получил название катархея, и некоторыми исследователями относится к особой, доархейской эре. В катархейский период биосфера первоначально сводилась к весьма широкому, по-видимому, многообразию биохимических форм, плавающих в первобытном океаническом «бульоне» и ставших частями великого эксперимента земной природы по самоорганизации предбиологических структур.
На базе этого многообразия постепенно выделялось и формировалось довольно узкое и ограниченное разнообразие первоначальных биологических форм – наиболее примитивных как функционально, так и генетически живых организмов. В разных частях первобытного океана Панталассы формируются сообщества таких одноклеточных организмов, гораздо более примитивных, чем современные бактерии и в то же время в чём-то подобных им. Такие сообщества составляют первичные геобиоценозы, которые, распространяясь по поверхности океана по мере размножения и диффузии составляющих их организмов, постепенно объединяются с другими сообществами и образуют широкую конкурентную среду взаимодействия различных видов бактериеподобных одноклеточных организмов. При этом некоторые из этих сообществ гибнут, на их месте нарождаются новые, и первобытная жизнь постепенно, очень постепенно распространяется вширь, захватывая всё новые пространства мирового океана.
После окончания катархея в продолжение архейской эры на базе наиболее ранних форм жизни развиваются и начинают борьбу за существование различные виды одноклеточных водорослей и бактериеподобных существ. Примитивность этих ранних форм жизни была связана с их прокариотическим строением, т. е. с отсутствием выраженного клеточного ядра, размытостью репродуктивных структур, отсутствием единого мобилизационного центра, управляющего процессами жизнедеятельности и размножения.
Проблема возникновения и начального развития жизни была во многом трансформирована под воздействием концепции В. Вернадского о биосфере и возникновения современной экологии. В основу теории биосферы при её разработке В. Вернадским в 20-е – 30-е годы прошлого века было положено представление о планетарной биогеохимической функции живого вещества и сложной организации биосферы, включающей взаимодействие самых различных вещественно-энергетических, геологических, информационных факторов и систем. С созданием этой концепции стало ясно, что живые существа на Земле могли возникнуть и функционировать только в определённой системе – биосфере, что эта система пронизывала собой всю историю Земли даже в самый архаический, «доисторический», первобытный период, что для существования даже простейших живых существ необходимо определённое разнообразие и конкуренция видов, что история возникновения и развития жизни – это история возникновения и эволюции биосферы.
До появления работы Вернадского в науке господствовало убеждение, что все живые существа произошли от одного-единственного общего для всех одноклеточного предка. Такое убеждение, в сущности, мало чем отличалось от веры в то, что все люди произошли от Адама и Евы. По этому поводу в работе 1931 г. В.И. Вернадский писал:
«Среди миллионов видов нет ни одного, который бы мог исполнить один все геохимические функции жизни, существующие в биосфере изначально. Следовательно, изначальный морфологический состав живой природы должен быть сложным. И первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-то организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим требованиям жизни» (Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста – М.: Наука, 1968, с. 38).
Первые достоверные свидетельства наличия жизни открытые палеонтологическими исследованиями, относятся к раннему катархею, ко времени, когда только что закончилось формирование земной поверхности. В кремнистых слоях западной части Австралии, в известковых сланцах Южной Африки (Трансвааль) и в песчаниках Канады были обнаружены остатки древнейших микроорганизмов в виде минерализовавшихся нитчатых и округлых структур. Анализируя эти структуры, палеонтологи выделили около десятка различных видов простейших бактерий, микроводорослей и органических молекул. Подобные тельца, оболочки и структурные элементы получили название микрофоссилий.
В несколько более поздних слоях обнаружены строматолиты (от греч. «строма» – подстилка, ковёр, «литос» – камень). Так, возраст строматолитов, содержавшихся в породах Булавайо (Зимбабве), составляет 3,2 млрд. лет. Строматолиты состоят из сотен или тысяч карбонатных плёнок и имеют слоистое строение. Они явились продуктами жизнедеятельности древнейших цианобактерий, колонии которых выделяли известковые отложения в виде карбонатных наростов, но плёнка извести мешала им же потреблять энергию, вследствие чего они переселялись на её поверхность, постепенно образовывая новую плёнку и т. д. Первые организмы питались готовыми органическими соединениями, накопленными в ходе биохимической эволюции. Они были неспособны к фотосинтезу с выделением кислорода. Это были анаэробные микроорганизмы, т. е. не пользующиеся воздухом, газами атмосферы для получения энергии, а получающие энергию посредством дрожжевого брожения.
Около 2,9 млрд. лет на основе эволюции микроорганизмов появились первые микроскопические сине-зелёные водоросли. Их обызвествленные продукты жизнедеятельности, найденные палеонтологами, представляют собой неприкреплённые ко дну округлые образования, так называемые онколиты.
Итак, жизнь на Земле первоначально появилась в виде примитивной биосферы. Постепенно возрастало разнообразие видов первобытных микроорганизмов, нарастало и количество самих этих микроорганизмов, вследствие чего их безудержное размножение стало исчерпывать запасы питательных веществ, накопленные в предбиотический период. В результате началось первое массовое вымирание организмов вследствие недостатка питания. Многие из уцелевших организмов перешли на новый способ питания. Эта первая в истории жизни великая инновация именуется фотосинтезом и заключается в преобразовании солнечного света во внутреннюю жизненную энергию живых существ с выделением кислорода. В основу этой инновации был положен эффект поглощения света некоторыми простыми органическими соединениями, в составе которых имелся в наличии атом магния.
Свет Солнца, а возможно, и его ультрафиолетовое излучение, был тем самым использован в качестве энергоносителя для повышения интенсивности обменных процессов. «Изобретение» живой природой в борьбе за существование фотохимического способа получения энергии включало также способность за счёт повышения интенсивности химических реакций синтезировать в организмах, развитие которых пошло по этому пути, особые органические вещества, при расщеплении которых высвободились дополнительные порции энергии. Фотосинтез позволял использовать для осуществления жизнедеятельности неиссякающую энергию путём поглощения и утилизации солнечных лучей.
