Знание-сила, 2008 № 04 (970)

Две остановки на пути жизни

За полтора столетия после Дарвина теория эволюции претерпела поистине драматические изменения: из описания конкуренции и отбора организмов она превратилась в описание конкуренции и отбора «эгоистических генов», из дарвинизма стала неодарвинизмом. Не менее драматичные изменения произошли во взглядах на темпы эволюции: Дарвину они представлялись медленными, плавными и постепенными, а сегодня все чаще говорят о прерывистой, «пунктирной» эволюции, когда длительные периоды накопления незаметных, микроскопических изменений внезапно сменяются взрывоподобными периодами стремительных изменений и быстрого становления сразу большого числа новых видов. (Впрочем, причиной таких разрывов в истории эволюции могут быть не только взрывоподобные появления новых видов, но и столь же массовые истребления прежних, так называемые «биологические катастрофы».)

Ярким примером такого «пунктира» являются две остановки на пути эволюции живых существ. По самым осторожным оценкам, первые, простейшие одноклеточные организмы (прокариоты) появились на Земле уже 3 миллиарда лет назад (по мнению некоторых ученых - даже раньше), но за весь последующий миллиард лет эти организмы никаких существенных изменений не претерпели. Затем, примерно 2 миллиарда лет назад, произошел внезапный скачок - появились клетки революционно нового, много более совершенного вида - эукариоты, то есть клетки с внутренним ядром, содержавшим весь генетический материал и отделенным от остальной протоплазмы клетки своей особой ядерной мембраной. Эти клетки были уже настолько сложны и совершенны, что им хватило всего нескольких десятков миллионов лет, чтобы перейти к многоклеточному существованию - на Земле появились первые многоклеточные организмы.

Затем опять последовал период загадочного затишья, и лишь по прошествии почти полумиллиарда лет состоялся очередной биологический взрыв, получивший название Кембрийского, в ходе которого не только появилось великое множество совершенно новых видов, давших начало всем нынешним животным, но и были заложены структурные особенности их строения - своего рода «план эволюции» на следующие полмиллиарда лет, вплоть до наших дней.

Чем объяснить эти странные остановки на пути жизни? Что тормозило развитие организмов в промежутках между взрывами? Что было причиной самих взрывов?

Долгие годы на эти вопросы, особенно в отношении Кембрийского взрыва, давались самые разные ответы, но, кажется, сейчас найден самый правдоподобный. Он состоит в одном-единственном слове - кислород.

Известно, что в атмосфере первичной Земли свободного кислорода не было. Тот, что был после образования планеты, вошел в соединение с различными другими элементами, а новый не возникал, пока не появились растения, которые, как мы знаем, поглощают углекислый газ, а выдыхают - к нашему счастью - кислород.

Кстати, поскольку они используют преимущественно один из трех изотопов углерода, то соотношение этих изотопов в отложениях тогдашних времен с этого момента изменяется. Когда геологи обнаруживают в слоях какого-то периода такое изменение изотопов углерода, они понимают, что содержание кислорода в воздухе начало расти.

Другим показателем появления кислорода является изменение в соотношении изотопов серы. И вот недавно по изменениям концентрации изотопов серы в древнейших слоях было обнаружено, что примерно 2,4 миллиарда лет назад на Земле начали появляться первые следы кислорода. Это время было так близко к моменту перехода от прокариотов к эукариотам, что возник соблазн связать эти два события причинной связью. Мол, как только кислорода в воздухе накопилось достаточно, это позволило эволюции совершить свой очередной скачок.

Понятно, по одной точке не проводят прямую, на одном факте не возводят теорию. Но тут ученым повезло. Годом позже сразу две исследовательские группы сообщили о новом открытии. В Канаде геохимик Дональд Ганфилд, изучая различные осадки железа в морских скалах, обнаружил, что вплоть до окончания так называемого Гаскерского оледенения (580 миллионов лет назад) кислород в глубины океана не проникал, но сразу после таяния льдов его появилось такое количество, которое соответствовало 15%-ному содержанию свободного кислорода в земной атмосфере.

А на другой стороне земного шара, в Омане, американские геологи Дэвид Файк и Джон Гротцингер обнаружили совершенно аналогичное явление в теплых водах Персидского залива. Они нашли осадочные слои с таким соотношением изотопов серы и углерода, которое неопровержимо свидетельствовало о приходе кислорода, причем опять-таки после Гаскерского оледенения. А что это значит - «после Гаскерского оледенения»? Это значит

- перед самым Кембрийским взрывом (разумеется, в геологических масштабах времени). А это, в свою очередь, означает, что и здесь обнаружилась та же связь: после прихода кислорода происходит скачок эволюции. Конечно, «после этого» далеко не всегда означает «вследствие этого», но в данном случае это, скорее всего, именно «вследствие», потому что кислород - могучий источник энергии и фактор ионизации, активно способствующий всевозможным химическим изменениям, в том числе - и в генетических молекулах, этой основе жизни.

Две работы, проведенные в разных местах, с применением разных методов, и давшие одинаковый результат, - трудно поверить, что это случайное совпадение. Не исключено, что эти открытия действительно отражают то, что реально происходило в ту далекую предкембрийскую эпоху. Тогда это будет означать, что наука сделала важный шаг к разгадке причин Кембрийского взрыва. Однако полная разгадка еще впереди. Пока что никто не может указать, каковы были конкретные биологические и биохимические механизмы эволюционных скачков, запущенных появлением кислорода. Никто не знает и причин внезапного появления этого кислорода. Возможно, это было вызвано долгожданным вторжением на сушу первых мхов и лишайников. А может быть, было результатом каких-то еще неизвестных геологических процессов - например, активного горообразования. Чтобы решить эту загадку, нужна дополнительная информация, а ее могут принести только новые исследования - и новые открытия.

Андрей Тарасов