По следам минувшего

И вдруг за последние двадцать лет, казалось бы, хорошо отлаженные часы биологической истории словно взбесились. Они то мчатся, то совсем некстати замедляют ход. Оказывается, одни события произошли гораздо раньше, чем предполагалось по теории, другие — значительно позже. И кто же выступил в роли «возмутителя спокойствия»? Как ни странно — палеонтология! Она вдруг осмелилась спорить с юными сестрами-великаншами — молекулярной биологией и молекулярной генетикой.

Происходит самое интересное событие в науке — кризис старых представлений, рождение иных основополагающих идей. И это касается самых основ теории развития!

ВРЕМЯ «НЕВИДИМОК»

Честно говоря, палеонтологам сейчас приходится очень трудно. Ведь почти все знания об организмах прошлого они получили, изучая их скелеты. Скелеты — это известковые веточки кораллов и раковины моллюсков, это хитиновые панцири раков и насекомых, фосфатные кости животных, кремневые иголки губок. Ну что между ними общего? Только то, что они твердые. Казалось бы, никакой связи между разными скелетами быть не может и появляться они должны в строгом порядке систематического старшинства. Сначала раковинки одноклеточных — амеб и корненожек. Потом скелеты губок, потом кишечнополостных и так далее. Так думали все. И вдруг оглушительный взрыв очередной палеонтологической «бомбы»: все разновидности скелета появились сразу. В один геологический век — 570 миллионов лет назад. Вот почему так поражает вопрос древней «Ригведы»: «Когда лишенная костей родила первого, обладающего костями?» Сегодня уже ясно, что вопрос этот имеет смысл: известен ответ. И известно, что за ответом кроется загадка одного из важнейших событий в истории Земли — «великой скелетной революции». Это событие делит историю Земли на две очень неравные части: эпоху «видимой жизни» — фанерозой, который начался 570 миллионов лет назад и продолжается ныне, и эпоху «скрытой жизни», или криптозой, который закончился 570 миллионов лет назад, а начался 4 миллиарда 250 миллионов лет назад. 6/7 истории Жизни приходится на темные века криптозоя. И только сейчас удалось выяснить кое-какие тайны этих «темных веков» и познакомиться с некоторыми «невидимками».

Как же все-таки удалось их разглядеть?

Однажды шахтеры расчищали засыпанную штольню в старом, давно заброшенном руднике. Скрипели лопаты. Мелькали в пыли шахтерские лампы. Вдруг звякнул обо что-то металл, и легла тишина, и каждый услышал стук собственного сердца: из-под завала торчала рука. Тусклым золотом мерцали скрюченные пальцы, и золотым был грубый сермяжный рукав, задев который зазвенела лопата.

Шахтеры угрюмо сняли шапки. Они знали: перед ними останки горняка, погибшего под обвалом. Минерал пирит полностью заменил все, каждую нитку холщовой одежды, каждую выпуклость сыромятного ремня, каждый волос на голове… Пирит способен создавать идеально точные копии мягких тканей: четыреста миллионов лет пролежала в земле пиритовая отливка древнего червя-полихеты, но и сейчас на нем видна каждая щетинка. Находят копии-отливки даже медуз — казалось бы, совсем уж «бестелесных» существ.

Пирит — не единственный и даже не лучший минерал, который использует природа для изготовления копий. Соединения кремния, как выяснилось, могут снять точную копию даже с молекулы органического вещества. Рассмотреть такую копию, или, как говорят биологи, «реплику на молекулярном уровне», можно только в электронный микроскоп.

Эти особенности кремния и помогли палеонтологам заглянуть в скрытую жизнь криптозоя. Сделать это оказалось очень непросто. Силы природы слишком долго работали над уничтожением старых архивов. Слишком редко возникали условия, при которых могли окаменеть «невидимки». Слишком малы оказались сами «невидимки». В породе трехмиллиардной давности найдены одни из самых древних клеток длиною 0,7 и шириной 0,2 микрона. Выделить и изучить такие пылинки — дело чрезвычайно трудоемкое. Породу приходится растворять в плавиковой кислоте. Приходится применять сложную технику. Но игра стоит свеч. Ведь в «темных веках» криптозоя произошло самое главное: появились живые существа, появились клеточные формы. Царство животных отделилось от царства растений, и, наконец, возникли многоклеточные существа.

На все это понадобилось примерно 3,5 миллиарда лет.

КОРОЛИ И КАПУСТА

Растения с помощью света производят органические вещества и кислород. Животные эти вещества при помощи кислорода разрушают. Налицо два царства, две главные «специальности» живой природы — созидатели и разрушители, сопряженные в вечном биологическом круговороте.

Нет сомнения, что современные растения и животные ведут начало от одного корня, от первичных существ — протобионтов. К какому же царству следует относить самих протобионтов? После выхода в свет «Происхождения видов» Чарльза Дарвина эволюционисты со всей дотошностью занялись выяснением этого вопроса и через сто с лишним лет убедились, что ни растительного, ни животного царства в действительности не существует и в научной классификации от них лучше бы отказаться.

Конечно, речь идет не о биологических «специальностях». Никто не усомнился, что элодея на свету выделяет кислород, а лошадь ест овес и сено, разумеется, в любое время суток. Однако царства, типы и классы живой природы выделяются не по «специальности», а по признакам наследственного сходства, по родству. Морскую капусту, мухомор и фиалку объединили в царстве растений лишь потому, что были уверены в их родстве, в том, что они ближе друг к другу, чем к корове или к кораллу. Вот это и оказалось ошибкой. А разрушила представление о великих царствах научно-техническая революция, дав биологам мощные средства исследования клетки: электронные микроскопы и технику для сверхточных биохимических анализов.

Оказалось, что по устройству клетки все живые существа следует прежде всего разделить не на животные и растения, а на организмы «безъядерные» — прокариоты — и «ядерные» — эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и часть водорослей — сине-зеленые. В группу эукариот — все остальные растения и животные. Так через царство растений прошла первая и самая глубокая трещина. Даже не трещина, а пропасть. Клетки всех «ядерных» удивительно похожи. И не только наличием «центра управления» — ядра с его хромосомами. В каждую клетку растительных или животных эукариот вмонтированы совершенно одинаковые и очень сложные «энергетические агрегаты» — митохондрии. Именно в них совершается главный цикл, обеспечивающий (летку энергией, — цикл окисления лимонной кислоты. Короче говоря, все клетки «ядерных» организмов очень высоко организованы, могут производить большую энергию и специально приспособлены к потреблению кислорода. А прокариоты очень просты и сохраняют черты глубочайшей древности. Ядра и митохондрий у них нет, а энергетика крайне разнообразна. Для многих из них кислород — смертельный яд, зато некоторые могут «дышать» смесью углекислоты и водорода, или, при помощи той же углекислоты, окислять сероводород.

Растительная клетка

Большинство микроорганизмов разрушают органические соединения, но зеленые и пурпурные бактерии ведут фотосинтез. Однако фотосинтез у них особый — кислород при этом не образуется. И наконец, синезеленые прокариоты работают как обычные растения.

Нетрудно догадаться, что «безъядерные» организмы и есть прямые наследники и потомки протобионтов, что они начали свой жизненный путь в первобытном бескислородном мире, насыщенном углекислотой и органикой. И только миллиарды лет спустя, когда условия несколько приблизились к современным, на арену жизни вышли эукариоты.

Совсем недавно палеонтологи, используя современную технику, смогли показать, что все происходило именно так: возраст бактерий, синтезирующих метан, оказался около 3,5 миллиардов лет, возраст синезеленых — около 3 миллиардов. Древние организмы не только выглядели как синезеленые — они были ими в действительности. Из древних вмещающих пород удалось выделить пигмент дикобиллин, который использует для фотосинтеза только эта группа.