Голосования

Какой теорией происхождения жизни вы придержавайтесь?
 

Узнал новое?

Поделись с друзьями:

Наша кнопка

88x31 Код




Ю. В. Чайковский ЭВОЛЮЦИЯ. Загадка начала жизни. Жизнь родилась в скороварке?
(0 голоса, среднее 0 из 5)
Литература

Как уже говорилось, в ранние времена Земля не имела суши в нынешнем смысле, и если не считать вертикальных скал, то вместо суши мы увидали бы тогда сплошную эквилибросферу: во-первых, то и дело высыхающие и вновь заливаемые отмели, а во-вторых, бьющие повсюду из земли горячие источники, поставляющие на эти отмели материал.

 

Первые, еще почти неспособные жить структуры (эобионты) следует искать в щадящих условиях, но что считать щадящим? Вспомним, что в эпоху абиогенеза океан был кислым (а не соленым) кипятком, с неба лился губительный поток ультрафиолета, вместо привычного нам воздуха дули ветрами негодные для нас метан и аммиак - и мы поймем, что для первых организмов комфортные для нас условия были бы гибельны.

 

Добавим, что для образования ДС нужны устойчивые потоки подходящих веществ, и окажется, что лучшей колыбели жизни, чем горячие источники, даже искать нечего. О них как о поставщиках нужных веществ говорили давно, но лишь четверть века назад ученые стали искать жизнь прямо в них. И нашли нечто изумительное.

 

Горячие источники бывают трех типов - вулканы, горячие источники вод на суше и гидротермали на дне океанов. Вулканы интересны нам только как поставщики веществ (газов и пепла), зато два других типа демонстрируют свою особую жизнь - бактериальные сообщества, неспособные жить при "наших" температурах. Обнаружив их, ученые поначалу описали их как особое приспособление к жару, но понемногу выяснилось, что именно эти бактерии старше всех. Большинство их (но не все) относится к обширной группе, которую так и называют - архебактерии, т.е. древние бактерии. Получается, что мы-то как раз и приспособились к холоду.

 

Гидротермаль - это выброс горячих газов, растворов и взвесей из разломов океанического дна, чаще всего - в срединноокеанических хребтах, в зонах спрединга (п. 2). Температура выбросов превышает сто градусов, иногда намного, но вода в них не кипит, поскольку точка кипения при огромных глубинных давлениях может достигать пятисот градусов. Наиболее эффектны и потому более известны "черные курильщики" - выбросы, в которых преобладает пирит (дисульфид железа), образующий огромные клубы черной взвеси. Вокруг выброса формируется труба твердых осадков высотою до 20 метров, рядом часто располагается "белый курильщик" из светлых взвесей, не образующих труб, так что "черный курильщик" выглядит в свете прожектора как сказочный подводный завод. Живет он всего 50-100 лет, пока активен выброс, и всё это время окружен биоценозом совершенно необычных организмов.

 

Доподлинно известны бактерии, живущие в устьях гидротермалей и имеющих оптимум роста при 110 градусах - как в скороварке. Они восстанавливают углекислый газ и серу, окисляя водород и выделяя наружу метан и сероводород, чем обеспечивают включение основных химических элементов в биологические круговороты. При этом "у нас нет никаких оснований предполагать, что бактериальные обитатели реликтовых сообществ сколько-нибудь серьезно изменились со времени своего возникновения" ( 1Сергеев В.Н, Холл Э.Х., Заварзин Г.А. 0 Первые три миллиарда лет жизни: от прокариот к эвкариотам (*). // Природа, 1996, N6, с. 55, 57).

(*) Эвкариоты

- организмы, состоящие из клеток, имеющих ядро. Это написание, постоянно применяемое данным журналом и многими авторами, соответствует греческой фонетике. Дифтонг (двойной гласный звук) eu - в греческом и в латыни читался как эв (эвглена, эвкалипт, эврика, эвтрофия и т.д.) или как ев (Евангелие, Евгений, Европа, евнух и т.д.). Систематики, знающие греческий источник термина, пишут слово "Eucaryota" по-русски так: эвкариоты или евкариоты. Те же, кто воспринимает это слово как английское, пишут эукариоты; такому написанию нет русских аналогов, оно противоречит русской фонетике, и его вряд ли можно признать грамотным. Греческая приставка pro- означает "до-", а eu- носит характер усиления; тем самым, procaryota буквально - "доядерные", а eucaryota - "собственно ядерные" или "подлинно ядерные".

 

Последнее утверждение надо уточнить: речь идет о сохранении древних экологических и физиологических функций микробов, тогда как о конкретных биохимических реакциях ископаемых мы не знаем решительно ничего. Наоборот, представляется невероятным, что первые живые организмы были столь же биохимически сложны и совершенны, как нынешние.

 

Среди гидротермальных сообществ есть такие, которые не получают нужных им веществ ниоткуда, кроме как из недр; по-видимому, они являют собой биоценозы, способные жить без остальной биосферы. Так и хочется сказать, что каждый такой ценоз - маленькая биосфера, но это было бы ошибкой: он не замкнут, не утилизирует своих отходов, а выбрасывает их вовне. Это очень важно: и понять его возникновение проще, и роль его в дальнейшей эволюции очевидна - создание базы для остальной, более сложной и разнообразной жизни, для биосферы.

 

Как это происходило, тоже можно понять, глядя на гидротермаль, точнее - на ее окрестности. Глубины океана являют собой пустыню, в которой гидротермали служат оазисами. Литотрофные бактерии играют роль первичных продуцентов, т.е. вводят в биологический круговорот вещества, прежде принадлежавшие неорганической природе, и служат пищей огромной массе организмов (иногда до 50 кг сырого веса на кв. метр дна), среди которых не только планктон, но и крупные беспозвоночные, например, моллюски, включая даже головоногих.

 

Самое для нашей темы интересное в том, что в такой экосистеме поедание крупными организмами мелких играет подчиненную роль: вместо этого крупные животные предпочитают разводить внутри себя бактерий, служащих им пищей. Некоторые даже не имеют никакой пищеварительной системы. Таковы рифтии (относящиеся к типу погонофор) - огромные, до полутора метров, туловищем внешне похожие на кольчатых червей, но с яркокрасным султаном щупалец.

 

Вместо органов пищеварения рифтия имеет трофосому - полость наполненную автотрофными (т.е. усваивающими углекислый газ) бактериями, которые играют здесь роль растений, т.е. вторичных продуцентов, с той разницей, что вместо света источником энергии им служит, вероятно, сероводород, произведенный в устье гидротермали литотрофами. (Вторичные продуценты возвращают в биологический круговорот тот углерод, который выпал из него, когда организмы-деструкторы, т.е. редуценты, а также животные, разрушая органику, испустили его в форме углекислого газа.)

 

Опять полная противоположность обычной жизни: мы считаем тесный симбиоз (как в лишайнике) чем-то удивительным, тогда как в начале жизни он был нормой, притом неизбежной. Лишь тогда, когда жизнь широко распространилась и наполнила органикой поверхностные слои океана, она смогла позволить себе такую роскошь, как животных, самостоятельно ищущих свою пищу. До этого искать было нечего, и каждое животное, словно космонавт на чужой планете, носило свою среду обитания с собой.

 

Подробно и увлекательно рассказал о гидротермальной жизни французский зоолог Люсьен Лобье (Laubier), один из первых ее исследователей (Лобье Л. Оазисы на дне океана. Л., 1990).

 

Внимательный читатель может удивиться: сперва говорилось, что абиогенез шел в высыхающих лужах, а теперь вот - на дне океана. Но противоречия тут нет - "условия скороварки" вполне уживались тогда с границей фаз (эквилибросферой): атмосфера из углекислого газа обеспечивала давление во много раз выше нынешнего (как сейчас на Венере), а гребни срединноокеанических хребтов торчали из еще неглубокого тогда горячего океана, полного отмелей, плавно переходивших в сушу. Органические вещества легко засасывались в наземные термальные источники (рис. 5) или, смытые в океан, - в гидротермали.

 

Другой пример раннего ценоза в эквилибросфере связан с окислением железа. Сперва этот процесс шел чисто химически, а затем - за счет железобактерий, которыми, по-видимому, и созданы основные месторождения железных руд. В этом смысле интересно самое древнее свидетельство жизни - упомянутая выше осадочная порода на юго-западе Гренландии (3,8 млрд лет) является слоистым бурым железняком. Его слоистый характер часто толкуют как свидетельство периодической активности окисления - так же, как периодическая активность фотосинтеза у деревьев приводит к образованию годичных колец. Возможно, это окисление производилось еще до разделения древнейшего биоценоза на отдельные бактерии. Как он мог быть устроен, ученые уже знают, и вот откуда.

 

Множество следов древнейшей жизни сохранилось в форме строматолитов - холмов, выраставших на дне прежних мелких водоемов с переменной соленостью. Строматолит (что по-гречески значит "ковровый камень") являет собой окаменевший циано-бактериальный мат - тонкослоистую структуру, образованную биоценозом прокариот. Живой мат являет собой многослойный (до 2 см) "ковер" из живых прокариот. Он покрывает слои, созданные продуктами деятельности уже отмерших поколений прокариот и неорганическими осадками. В нем роль растений играют цианеи - они занимают верхние милиметры "ковра" (куда попадают свет и кислород), а остальные организмы (бактерии) живут за их счет. Такие маты и теперь образуются при жарком климате в очень соленых лагунах - например, казахстанского озера Балхаш.

 

Мат интересен нам тем, что, в отличие от гидротермали, являет собой как бы маленькую биосферу со своими замкнутыми круговоротами органических веществ и кислорода, где большинство обитателей живут без кислорода и без света. Такой "оазис" мог, в принципе, существовать в безжизненной среде и потому дает понять, как могло выглядеть сообщество первых организмов - так полагает Заварзин. Добавлю: так мог внешне выглядеть и первый организм-биоценоз, еще не разделенный на особи.

 

Это - метаболический аспект проблемы абиогенеза, а ведь все найденные достижения надо было еще научиться наследовать.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить