Обнаруженные в Канаде окаменелости претендуют на статус древнейших следов жизни на Земле. Им от 3,75 до 4,28 млрд лет, что лишь немного меньше возраста планеты (около 4,5 млрд лет). Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, подтвердило, что эти ископаемые — продукт жизнедеятельности микробов. Теперь ученым предстоит ответить на вопрос, как жизнь успела зародиться в столь краткий срок.
От устья к истоку
Когда-то грань между живым и неживым казалась призрачной. Средневековые мыслители всерьез верили, что мыши сами собой зарождаются в грязном белье, а личинки мух — в гниющем мясе. Опыты, впервые проведенные в XVII веке, привели к противоположному выводу: все живое происходит от живого. И чем глубже наука проникала в устройство природы, тем яснее становилось, насколько самая примитивная живая клетка сложнее любого неживого объекта. Когда из научных построений была изгнана фигура Творца, вопрос происхождения жизни встал со всей остротой. Если живая и неживая материя так отличаются, как одна могла произойти от другой?
Правда, еще в начале XX века Вселенная считалась не имеющей начала и в целом неизменной. Да, говорили астрономы, каждая отдельная планета или звезда рождается, живет и умирает, но на смену ушедшим поколениям светил приходят новые. История космоса представлялась бесконечным и безначальным круговоротом неотличимых друг от друга эпох. И многие ученые полагали, что в этом вселенском вихре живое всегда существовало рядом с неживым, путешествуя от планеты к планете в виде неких зародышей или спор. У жизни, как и у мира в целом, просто не было начала.
Но успехи космологии XX века показали, что у Вселенной, какой мы ее знаем, начало все-таки было. Нельзя сказать, что до Большого взрыва не было ничего, но жизни-то уж точно не было (равно как планет, звезд и даже атомов). Так что, как ни крути, живое произошло от неживого. Но как?
Полного ответа на этот вопрос нет до сих пор. Но на этом фронте есть заметные успехи. Например, химики синтезировали аминокислоты (строительные блоки белков) и нуклеотиды («кирпичики» ДНК и РНК) в условиях, предположительно царивших на древней Земле. А биологи показали, что некоторые молекулы РНК способны самовоспроизводиться, читай размножаться. А где размножение, там естественный отбор и эволюция. И если эволюция одолела дистанцию между одноклеточным предком и человеком, почему бы ей не пройти путь от молекулы до клетки?
В этих построениях приходится учитывать не только физические условия на ранней Земле, но и вопрос времени. Новые находки отодвигают возникновение живых существ все дальше в прошлое, вплотную приближая его к моменту рождения планеты.
Признаки жизни
В 2017 году международная научная группа опубликовала в журнале Nature статью, в которой сообщала о выдающемся открытии. Ученые исследовали канадские осадочные породы возрастом 3,75 — 4,28 млрд лет, одни из самых древних на Земле. Предположительно, это отложения из подводного горячего источника. Отметим, что такие источники считаются прекрасными кандидатами на место возникновения жизни. На это указывают многие факты, например, специфический минеральный состав цитоплазмы и белков-ферментов.
Нетрудно представить чувства исследователей, обнаруживших в древнем камне микроскопические нити, выступы и трубки, состоящие из минерала гематита. Эти структуры были очень похожи на следы жизнедеятельности бактерий в современных геотермальных источниках. Морфологические следы жизни дополнялись геохимическими: углерод в этих породах содержал необычно мало тяжелого тринадцатого изотопа. Это важный, хотя и небесспорный, признак биологической переработки вещества.
Однако важная часть работы ученого — сомневаться. Чем заманчивее открытие, тем больше оно нуждается в адвокатах дьявола, изыскивающих более приземленные объяснения. Иначе наука из поиска истины превратилась бы в строительство воздушных замков. Вот и у нового результата нашлись критики. Одни указывали, что микроструктуры в камне могли образоваться и без участия жизни. Другие предполагали, что эти отложения не такие древние, как окружающие их породы: они могли «просочиться» из вышележащих более молодых слоев.
Эта критика заставила авторов предпринять более тщательное исследование, результаты которого они и явили миру в новой статье. Нарезав образец тонкими слоями (около 0,1 мм), экспериментаторы изучили их самыми разными методами. По множеству двумерных срезов окаменелостей ученые восстановили их трехмерную структуру. В результате обнаружилось целое «дерево» приблизительно параллельных гематитовых нитей, достигающее почти сантиметровой длины. Науке неизвестны процессы, порождающие такие структуры без участия живых организмов, утверждают авторы. Зато подобные «деревья» создаются бактериями в подводных горячих источниках трех океанов: Тихого, Индийского и Северного Ледовитого.
Кроме того, оказалось, что чем меньше образец подвергался геохимической «переделке» (метаморфизму), тем богаче он гематитовыми нитями. То есть ветвистые структуры не могут быть результатом «перековки» породы в недрах Земли: она скорее разрушала, чем создавала их.
Ученые отвергли и версию, что ископаемые случайно попали в древний геологический слой из более поздних времен. Эксперты указывают, что осадочный гематит имеет то же содержание редкоземельных элементов, что и окружающие его вулканические породы.
Исследование пролило новый свет и на древнюю биохимию. Науке давно известно, что жизнь не сразу изобрела кислородный фотосинтез, а тем более кислородное дыхание. Да и современные микробы демонстрируют множество способов получать энергию без участия кислорода и солнечного света. Но остается открытым вопрос, чем питались и дышали первые жители Земли и когда возникло нынешнее биохимическое разнообразие.
Судя по составу образцов, обитавшие в них бактерии уже умели получать энергию как минимум двумя разными способами: в химических реакциях с участием железа и серы. Скорее всего, одни микробы специализировались на железе, а другие – на сере, так что уже в те далекие времена жизнь была разнообразной.
Отметим, что ранее другие научные группы сообщали о биогенном углероде возрастом 3,46 млрд лет. Некоторые генетические исследования также показывают, что последний общий предок всего живого (LUCA) жил не ранее 3,9 млрд лет назад. Конечно, каждая из этих цифр в отдельности может быть оспорена. Но все вместе они наводят на мысль, что уже вскоре после своего возникновения (4,5 млрд лет назад) наша планета стала населенной.
Разумеется, это не значит, что живые организмы были занесены на Землю из космоса, хотя такой вариант и не исключен. Скорее это означает, что жизнь возникла стремительно, по геологическим меркам практически мгновенно. Это удивительно, но вполне возможно. Согласно некоторым моделям, и само формирование земного шара от первого «зародыша» до современной массы заняло считанные миллионы лет.