Страница 35 из 47
Вскоре началась борьба за эти материалы. Поэтому выживали скопления с элементами внутренней организации, способные хотя бы к частичному самовоспроизведению. Вероятно, прошли сотни миллионов лет, прежде чем из этих бесформенных комков с неопределенным периодом существования выделились первые клеточные структуры. Жизнь началась с изобретения природой первых механизмов наследственности. Какими они были на заре биологической эволюции, остается только догадываться. В конечном итоге победил и сохранился лишь аппарат гениально простой и изящный, устроенный на базе РНК и ДНК, вскоре ставший универсальным.
Когда первичный протоплазматический бульон был «съеден» простейшими организмами, большинство из них перешли на минеральное питание, научившись извлекать энергию путем перевода одних химических соединений в другие и применять ее для синтеза биохимических структур. Некоторые простейшие, вероятно, использовали для этих целей метан и иные растворенные в воде углеводородные газы. Но были и простейшие, что существовали за счет разложения отмерших клеток и возвращения в круговорот различных органических веществ.
Состав первичной земной атмосферы определялся газами, которые выделялись при столкновении с планетой многочисленных космических тел и частиц, еще остававшихся в пространстве между молодыми планетами Солнечной системы. Среди этих газов преобладали диоксид и оксид углерода, пары воды и сернистый газ. В начале аккреции — нарастания массы Земли и увеличения ее диаметра (за счет столкновения с малыми небесными телами и ассимиляции космической пыли) — происходил сильный разогрев планеты. Однако на рубеже 4,1–3,9 млрд лет назад аккреция в основном завершилась. Разогрев тем не менее сохранялся еще долго, так как при обилии углекислого газа в атмосфере, а его давление, по данным С. Аррениуса, достигало 20 бар, возник мощный парниковый эффект. Водород и гелий, выделявшиеся из недр Земли, улетучивались из земной атмосферы в космическое пространство. Аммиак и метан, присутствовавшие в ней в виде примеси, в верхних слоях разрушались под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Свободный кислород практически отсутствовал, а пары воды, выпадая в виде жидкости на землю, создали первичный океан. Учитывая все сказанное, можно прийти к выводу, что в период зарождения жизни атмосфера Земли состояла из углекислого газа, оксида углерода и азота.
Отпечатки древнейших организмов были найдены недавно в породах архейского возраста. Судя по отпечаткам, эти простейшие уже были защищены клеточной мембраной, но не имели ядра. Такие организмы, находящиеся на самом примитивном уровне развития, называют прокариотами.
На Земле, выносившей жизнь, завершался этап образования первичной континентальной и океанической коры.
Крупные массивы с протоконтинентальным строением поднимались в виде островов над безбрежным пространством воды. Они стали теми ядрами, вокруг которых впоследствии сложились первые материки. Несмотря на то что вода занимала в то время большую часть земной поверхности, это еще не был океан в современном понимании. Неглубокое его дно было сложено гетерогенными породами, а мантия находилась совсем недалеко от поверхности. Тут и там из воды поднимались жерла огнедышащих вулканов, а спрединг — формирование молодой океанической коры — носил преимущественно рассеянный характер. Протоматерики представляли собой пустынные пространства, изрезанные многочисленными руслами пересыхающих потоков. В периоды выпадения обильных дождей они заполнялись водой. Грунтовые воды еще не играли заметной роли, так как непрерывный осадочный чехол отсутствовал. Выветривание носило в основном физический характер в результате преобладания ветровой и водной эрозии. Ледники на вершинах гор еще не существовали, зато важным фактором, усиливавшим денудацию суши, были удары крупных и мелких небесных тел. Поэтому поверхность Земли изобиловала, словно оспинами, метеоритными кратерами, в которых образовывались озера. Несмотря на скромные масштабы химических процессов выветривания, вынос с суши обломочного материала был весьма значительным. Высокий уровень испарения влаги в аридных зонах приводил к формированию эвапоритов. Древнейшие соленосные отложения (возрастом около 3,5 млрд лет) недавно были идентифицированы в Австралии. В зонах с гумидным климатом реки сбрасывали обломочный материал прямо на континентальный склон (шельфы были неразвиты), к которому, видимо, и были приурочены первые крупные осадочные бассейны.
В отсутствие организмов с карбонатной и кремневой функцией седиментационная палитра архея оставалась небогатой: повсеместно накапливались лишь терригенные и вулканогенные отложения. Причем среди первых наибольшее распространение получили щебнистые осадки, песчаники, алевролиты, гравелиты и конгломераты. Глины играли меньшую роль, чем на фанерозойском этапе развития, так как в большинстве своем они образуются в корах выветривания. Для возникновения последних условия, господствовавшие в архейскую эру, были малоблагоприятными. Основная масса глинистых минералов формировалась в водной среде в процессе разложения вулканического пепла и гидратации чешуек слюд.
К позднему архею в результате длительных и сложных тектонических взаимодействий завершилось формирование первичной континентальной и океанической коры. Перепад рельефа на границе праматериков и океана стал довольно большим (не менее 500-1000 м), что вызвало распространение на континентальных склонах оползней. Обычным явлением стали различные гравитационные течения. Вдоль контура праматериков возникли мощные терригенные и вулканотерригенные комплексы флишевого или флишоидного строения. Некоторые из них недавно были выявлены среди метаморфических образований, обнажающихся на Канадском щите, в Фенноскандии и Южной Африке. Таким образом, уже в позднем архее сложились важнейшие элементы той тектоносферы, которые развиваются и поныне: долгоживущие ядра континентальной коры, разрастающиеся по периферии и «плавающие» среди «зыбкого моря» недолговечной океанической коры. Можно предположить, что уже в архее сложилась система литосферных плит и заработал механизм спрединга, реализующийся в срединно-океанических рифтовых зонах.
С углублением дна океана первичные формы жизни сконцентрировались на мелководье и в придонном слое замкнутых водоемов. Здесь сохранялись благоприятные для хемосинтеза условия: из донных осадков поступали метан и другие газы, обилие же серы позволяло развиваться организмам, способным осуществлять сульфатредукцию. Другими зонами, где буйно расцветала жизнь, продолжали оставаться окрестности вулканов, поставлявших во внешнюю среду разнообразные минеральные соединения и газы. Однако вулканы располагались теперь не хаотично на поверхности Земли, как в прежние времена, а были сосредоточены в системах островных вулканических дуг, на активных континентальных окраинах, в срединно-океанических рифтах, гребни которых из-за малой глубины океана возвышались над его поверхностью. Свидетельством широкого распространения жизни в зонах перехода от континента к океану являются древнейшие из осадочных и вулканогенно-осадочных толщ, обогащенных органическим углеродом (так называемые черносланцевые формации).
Великая революция
Еще в архее случилось событие, которому было суждено со временем изменить не только состав земной атмосферы, но и облик нашей планеты. Виновником этого были мельчайшие живые существа, которые изобрели хлорофилл и родственные ему структуры. В основе фотосинтеза лежит фотохимическая реакция, сопровождающаяся поглощением и разложением углекислого газа, находящегося в воде или в воздухе, и высвобождением кислорода. Захваченный углерод используется для синтеза углеродных цепей, лежащих в основе углеводов, аминокислот, жирных кислот и других соединений. С появлением фотосинтеза любая клетка, содержащая хлорофилл, черпала из окружающей среды солнечную энергию, углекислый газ, воду, а также биогенные элементы в форме нитратов, фосфатов и ряда микроэлементов, превращаясь в крошечную фабрику по изготовлению необходимых для жизни и воспроизводства самой себя компонентов. Преимущества подобного питания перед хемосинтезом были настолько велики, что популяции микроорганизмов, способные использовать солнечную энергию, вытеснили или загнали в экологические ниши другие, нефотосинтезирующие организмы. Биологическая продукция в зонах обитания этих примитивных водорослей возросла во много раз по сравнению с тем уровнем, который был характерен для их предшественников. Со временем водоросли расселились по земному шару. Однако основным их ареалом остались мелководные зоны — эпиконтинентальные моря и прибрежные районы шельфа. В центральных же котловинах океана жизнь, видимо, была развита спорадически. Она концентрировалась вокруг выходов горячих гидротерм.