Российские палеонтологи заложили бомбу под традиционные взглядына происхождение жизни на планете. Историю Земли надо переписывать.
Считается, что жизнь зародилась на нашей планете примерно 4 миллиарда лет назад. И первыми обитателями Земли были бактерии. Миллиарды отдельных особей составили колонии, покрывшие живой пленкой бескрайние пространства морского дна. Древние организмы смогли приспособиться к реалиям суровой действительности.Высокие температуры и бескислородная среда - это условия, при которых скорее можно умереть, чем остаться в живых. Но бактерии выдержали. Адаптироваться к агрессивной среде одноклеточный мир смог благодаря своей простоте. Бактерия - это клетка, внутри которой нет ядра. Такие организмы называют прокариотами. Следующий виток эволюции связан с эукариотами - клетками с ядром. Переход жизни на следующую ступень развития произошел, как до недавнего времени были убеждены ученые, около 1,5 миллиарда лет назад. Но сегодня мнения специалистов по поводу этой даты разделились. Причиной тому стало сенсационное заявление исследователей из Палеонтологического института РАН.
Дайте воздуха!
Прокариоты сыграли важную роль в истории эволюции биосферы. Не будь их, не было бы и жизни на Земле. Но мир безъядерных существ был лишен возможности прогрессивно развиваться. Какими прокариоты были 3,5-4 миллиарда лет назад, почти такими же они остались и по сей день. Прокариотическая клетка неспособна создать сложный организм. Чтобы эволюция двинулась дальше и дала начало более сложным формам жизни, требовался другой, более совершенный тип клетки - клетка с ядром.
Появлению эукариот предшествовало одно очень важное событие: в атмосфере Земли появился кислород. Клетки без ядер могли жить в бескислородной среде, а эукариоты - уже нет. Первыми производителями кислорода, вероятнее всего, были цианобактерии, нашедшие эффективный способ фотосинтеза. Что он мог собой представлять? Если до этого в качестве донора электрона бактерии использовали сероводород, то в какой-то момент они научились получать электрон из воды.
"Переход к использованию такого практически неограниченного ресурса, как вода, открыл перед цианобактериями эволюционные возможности", - полагает научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков. Вместо привычных серы и сульфатов в процессе фотосинтеза стал выделяться кислород. А дальше, как говорится, началось самое интересное. Появление первого организма с клеточным ядром открыло широкие возможности для эволюции всего живого на Земле. Развитие эукариот привело к возникновению таких сложных форм, как растения, грибы, животные и, конечно, человек. Все они имеют одинаковый тип клетки, в центре которой находится ядро. Этот компонент ответственен за хранение и передачу генной информации. Он же повлиял на то, что эукариотические организмы стали воспроизводить себя путем полового размножения.
Биологи и палеонтологи изучили эукариотическую клетку настолько подробно, насколько это было возможно. Они предполагали, что им также известно время происхождения первых эукариот. Специалисты называли цифры 1-1,5 миллиарда лет назад. Но неожиданно выяснилось, что это событие произошло намного раньше.
Неожиданная находка
Еще в 1982 году палеонтолог Борис Тимофеев провел интересное исследование и опубликовал его результаты. В архейских и нижнепротерозойских породах (2,9-3 миллиарда лет) на территории Карелии он обнаружил необычные окаменелые микроорганизмы размером порядка 10 микрометров (0,01 миллиметра). Большая часть находок имела шарообразную форму, поверхность которой покрывали складки и узоры. Тимофеев сделал предположение, что он обнаружил акритархи - организмы, которые относят к представителям эукариот. Ранее подобные образцы органики палеонтологи находили только в более молодых отложениях - возрастом около 1,5 миллиарда лет. Об этом открытии ученый и написал в своей книге. "Качество печати того издания было просто ужасным. Из иллюстраций вообще было невозможно что-то понять. Изображения представляли собой расплывшиеся серые пятна, - рассказывает Александр Марков, - поэтому неудивительно, что большинство читателей, пролистав этот труд, отбросили его в сторону, благополучно о нем забыв". Сенсация, как это нередко случается в науке, пролежала много лет на книжной полке.
О работе Тимофеева совершенно случайно вспомнил директор Палеонтологического института РАН доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН Алексей Розанов. Он решил еще раз, с использованием современных устройств, исследовать коллекцию карельских образцов. И очень быстро убедился, что перед ним действительно эукариотоподобные организмы. Розанов уверен, что находка его предшественника - важное открытие, которое является веским основанием для пересмотра существующих взглядов на время первого появления эукариот. Очень быстро у гипотезы появились сторонники и противники. Но даже те, кто разделяет взгляды Розанова, высказываются по данному вопросу сдержанно: "В принципе появление эукариот 3 миллиарда лет назад возможно. Но это трудно доказать, - считает Александр Марков. - Средний размер прокариот находится в пределах от 100 нанометров до 1 микрона, эукариот - от 2-3 до 50 микрометров. В действительности же размерные интервалы перекрываются. Исследователи часто находят образцы как гигантских прокариот, так и крошечных эукариот. Размер - это не стопроцентное доказательство". Проверить гипотезу действительно нелегко. В мире больше нет образцов эукариотических организмов, добытых из архейских отложе-ний. Сравнить древние артефакты с их современными аналогами также не представляется возможным, потому что потомки акритархов не дожили до наших дней.
Переворот в науке
Тем не менее в научном сообществе вокруг идеи Розанова поднялся большой шум. Кто-то категорически не принимает находку Тимофеева, поскольку уверен, что 3 миллиарда лет назад на Земле не было кислорода. Других смущает температурный фактор. Исследователи считают, что если бы эукариотические организмы появились во времена архея, то они, грубо говоря, сразу бы сварились. Алексей Розанов говорит следующее: "Обычно такие параметры, как температура, количество кислорода в воздухе, соленость воды, определяют исходя из геологических и геохимических данных. Я же предлагаю иной подход. Сначала по палеонтологическим находкам оценить уровень биологической организации. Затем на основании этих данных определить, сколько кислорода должно было содержаться в атмосфере Земли, чтобы та или иная форма жизни могла нормально себя чувствовать. Если появились эукариоты, значит, в атмосфере уже должен был присутствовать кислород, в районе нескольких процентов от современного уровня. Если появился червяк - содержание кислорода должно было составлять уже десятки процентов. Таким образом, можно составить график, отражающий появление организмов разного уровня организации в зависимости от увеличения кислорода и уменьшения температуры". Алексей Розанов склонен максимально отодвинуть в прошлое момент появления кислорода и предельно уменьшить температуру древней Земли.
Если удастся доказать, что Тимофеев нашел окаменевшие эукариотоподобные микроорганизмы, это будет означать, что человечеству в ближайшее время придется изменить привычное представление о ходе эволюции. Данный факт позволит говорить о том, что жизнь на Земле появилась значительно раньше, чем это предполагалось. Кроме того, получается, что необходимо пересматривать эволюционную хронологию жизни на Земле, которая, оказывается, почти на 2 миллиарда лет старше. Но в таком случае остается непонятным, когда, где, на каком этапе развития произошел разрыв эволюционной цепочки или почему замедлился ее ход. Другими словами, совершенно неясно, что происходило на Земле целых 2 миллиарда лет, где все это время прятались эукариоты: слишком большое белое пятно образуется в истории нашей планеты. Требуется очередной пересмотр прошлого, а это работа колоссальная по своему объему, которой, возможно, никогда не будет конца.
МНЕНИЯ
Длиною в жизнь
Владимир Сергеев, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Геологического института РАН:
- На мой взгляд, с такими выводами надо быть поосторожнее. Данные Тимофеева построены на материале, имеющем вторичные изменения. И в этом основная проблема. Клетки эукариотоподобных организмов подверглись химическому разложению, кроме того, их могли разрушить бактерии. Я считаю необходимым сделать повторный тщательный анализ тимофеевских находок. Что же касается времени появления эукариот, то большинство специалистов считают, что они появились 1,8-2 миллиарда лет назад. Есть некоторые находки, биомаркеры которых говорят о возникновении этих организмов 2,8 миллиарда лет назад. В принципе эту проблему связывают с появлением кислорода в атмосфере Земли. По общепринятому мнению, она сформировалась 2,8 миллиарда лет назад. А Алексей Розанов отодвигает это время до 3,5 миллиарда лет. С моей точки зрения, это не соответствует действительности.
Александр Белов, палеоантрополог:
- Все, что наука сегодня находит, - это лишь частица того материала, который, возможно, еще существует на планете. Сохранившиеся формы - очень редкое явление. Дело в том, что для консервации организмов необходимы специальные условия: влажная среда, отсутствие кислорода, минерализация. Микроорганизмы, обитавшие на суше, вообще могли не дойти до исследователей. Именно по минерализованным или окаменевшим структурам ученые судят, какая жизнь была на планете. Материал, который попадает в руки ученых, представляет собой перемешанные фрагменты из разных эпох. Классические выводы по поводу возникновения жизни на Земле, возможно, не соответствуют действительности. На мой взгляд, она не развивалась от простого к сложному, а появилась одномоментно.
