2. Сосуществование преджизни и ранней жизни

Лишь недавно мы смогли в полной мере оценить одну из важнейших особенностей перехода от преджизни к ранней жизни - то, что жизнь (как свидетельствуют ископаемые остатки) долгое время существовала в условиях первичной бескислородной атмосферы (о составе атмосферы говорят определенные типы осадочных рудных месторождений). Об этом было сказано в гл. XIII. Мы знаем, что в условиях бескислородной атмосферы возможен неорганический синтез "органических" веществ преджизни. Отсюда следует, что преджизнь и ранняя жизнь долгое время существовали бок о бок.

В литературе нередко встречаешь простую схему развития жизни из преджизни. В принципе она сводится к следующему. Сначала шло неорганическое формирование "органических" соединений преджизни. Затем развилась жизнь. Будучи гетеротрофными, формы ранней жизни питались накопившимся "органическим" веществом. Когда же оно истощилось, живым существам пришлось выработать автотрофный тип питания - органический фотосинтез, чтобы употреблять для поддержания жизни неорганические, минеральные вещества. Такой предполагаемый ход событий отражен, например, в знаменитой схеме Пири (фиг. 15). Но для такого сложного процесса, каким является возникновение жизни, эта схема, конечно, слишком проста. Основываясь на наших знаниях о дальнейшей эволюции жизни, я уже ранее предположил [8], что переход от преджизни к жизни скорее всего был более сложным и многоступенчатым (фиг. 105). По-моему, преджизнь, как и жизнь, знали несколько более или менее параллельных линий развития, из которых лишь некоторые (или только одна) дали начало ранней жизни.

Фиг. 105. Схема возникновения и дальнейшей эволюции жизни [8]. Видоизмененная схема Пири

Еще недавно этот тезис был всего лишь предположением. Но сейчас, глубже изучив свойства осадочных руд [9] и ближе познакомившись с процессами поглощения солнечного ультрафиолета в атмосферах разного состава [1, 2], мы получили гораздо более прочную основу для понимания взаимоотношений между преджизнью и жизнью в период их сосуществования. Как отмечено в гл. XIII, мы знаем, что осадочные руды, формировавшиеся в атмосфере "с очень невысоким содержанием кислорода", отлагались в течение всего раннего и среднего докембрия, примерно до времени, отдаленного от нас на 1,8 млрд. лет. Далее, из гл. XV мы узнали, что механизм, основанный на эффекте Пастера, удерживал содержание свободного кислорода в бескислородной атмосфере на уровне, составлявшем примерно 1% современного. Наконец, мы знаем, что при таком содержании кислорода дальний солнечный ультрафиолет, вызывающий синтез "органического" вещества преджизни, еще достигает поверхности Земли.

Значит, пока продолжала существовать первичная бескислородная атмосфера, продолжался и неорганический синтез соединений преджизни. Жизнь, как свидетельствуют ископаемые остатки, тоже существовала в этот период, но она не могла еще выйти на поверхность Земли и скрывалась в почве или под водой. Следовательно, хотя преджизнь и жизнь тогда сосуществовали, они занимали разные местообитания. "Органические" вещества не исчезли с поверхности Земли и тогда, когда появились уже автотрофные организмы, ведущие органический фотосинтез. Не вымерли тогда и примитивные гетеротрофные организмы. Вероятнее всего, хемо- и фото"органо"трофы продолжали существовать все это время, питаясь соединениями преджизни, попадавшими в местообитания ранней жизни.

Видимо, биопоэз (развитие жизни из преджизни) продолжался непрерывно или с перерывами в течение всего периода сосуществования преджизни и ранней жизни. Возможная схема этого процесса показана на фиг. 106. В то время шла борьба за существование не только между разными формами преджизни (фиг. 105), но и между формами жизни, образовавшимися из преджизни раньше и позже. И точно так же, как в дальнейшей эволюции жизни были случаи полного вымирания отдельных групп растений и животных, так и некоторые эволюционные линии ранней жизни, отделившиеся от преджизни раньше других, могли затем уступить место более молодым.

Фиг. 106. Схема развития жизни из преджизни [10]. Биопоэз (образование жизни из преджизни) впервые должен был происходить уже гораздо более 3 млрд. лет назад. Но неорганический синтез 'органических' молекул, т. е. образование преджизни, продолжался одновременно с развитием жизни еще до конца среднего докембрия (около 1,8 млрд. лет назад). Вполне возможно и даже вполне вероятно, что биопоэз происходил все это время или с перерывами. Если такой переход в более поздний период случайно совершался в необычной среде, то новая жизнь могла сильно отличаться от уже существовавшей. Возможно, именно так появились эукариотические организмы (гл. VIII, разд. 8), хотя пока это предположение не основано на фактах. Видимо, уровень Пастера был превзойден потому, что в результате более продуктивного метаболизма эукариотов сильно увеличилась продукция кислорода. Тогда пришел конец господству бескислородной атмосферы. Наша оценка продолжительности периода перехода от бескислородной к кислородной атмосфере зависит от того, как рассматривать этот переход. Если принять, что переход к кислородной атмосфере совершился, как только содержание 02 в атмосфере превысило 1% современного (точка d на фиг. 99), то переходного периода не было совсем. Если считать переходным периодом тот промежуток времени, в течение которого содержание О₂ выросло от 1 до 10% современного уровня, то этот период закончился только в начале силура, 0,44 млрд. лет назад. Я принял здесь промежуточную точку зрения: по моему мнению, образование красноцветных толщ говорит о наличии кислородной атмосферы. Тогда переходный период заканчивается с образованием песчаников Дала (гл. XIII, разделы 16 и 17); т. е. 1,4 млрд. лет назад

Период совместного существования преджизни и ранней жизни продолжался с того времени, как впервые возникла жизнь (где-то между 3 и 4 млрд. лет назад), до образования кислородной атмосферы (примерно 1,8 млрд. лет назад, точка d на фиг. 99), т. е. около 2 млрд. лет назад. Если читатель скажет, что схема, представленная на фиг. 106, полностью гипотетична, я не стану спорить. Но вспомним, что в фанерозое, продолжавшемся чуть больше полумиллиарда лет, одна за другой достигали расцвета многие группы организмов, которые всего через несколько десятков или сотен миллионов лет полностью исчезли. Можно думать, что и в развитии ранней жизни происходило то же самое.