granulosa. Кроме того, в матрице метеорита Murchison были обнаружены литифицированные остатки нитчатых микроорганизмов. В некоторых случаях они сохранили даже детали клеточного строения, ветвились и имели сходство с грибными мицелиями или актиномицетами.
При этом литифицированные остатки микроорганизмов тесно сопряжены с минеральной матрицей хондритов. Указанные авторы отмечают, что этот доказанный факт снимает вопрос о возможной контаминации (засорении) метеоритов биологическими объектами или сложными органическими соединениями.
Исследование метеоритов Ефремовка (Казахстан, находка 1962 г.), отнесенного к углистым хондритам, Оргей и других также показало наличие в матрице структур, сходных с микроорганизмами как коккоидной, так и нитчатой форм.
На поверхности микроколоний обнаруживаются полые сферы, которые можно рассматривать как остатки клеток и их капсул. Часто обнаруживаются короткие цепочки мелких коккоидных клеток, которые иногда не полностью разделены и образуют диплококки. Связь этих остатков микроскопических окаменелостей (микрофоссилий) с минеральной матрицей хондрита настолько тесная, что предположить их происхождение контаминацией весьма трудно.
Таким образом, многие ученые считают доказанным тот факт, что в углеродистых хондритах присутствуют литифицированные остатки микроорганизмов. При этом обнаруженные в метеоритах окаменевшие микроорганизмы входят и в состав цианобактериальных матов – первых в истории Земли экосистем. Принадлежность большей части микрофоссилий к минеральной матрице дает основание считать их первичными по отношению к породе и соответственно признать биогенную природу углеродистого вещества содержащих их метеоритов. Выявленные остатки микроорганизмов, вероятно принадлежащие к цианобактериям, указывают на формирование вещества углистых хондритов в водной среде. Таким образом, возможно, 4,5 млрд лет тому назад (возраст метеоритов) за пределами Земли существовала жизнь на уровне бактерий и, может быть, низших грибов. Однако не следует считать вопрос решенным окончательно. В частности, существуют данные о форме кристаллов керрита из древних (1,7 млрд лет тому назад) пород, внешне сходных с бактериями.
Среди огромного множества бактерий выделяется обширная и разнородная группа архебактерий. Среди этих бактерий есть термофилы и кислотоустойчивые формы, т.е. бактерии-экстремофилы. Они живут в непригодных для других организмов условиях, в том числе и в ядерных реакторах, где все живое должно быть убито. Поэтому архебактерии, повидимому, раньше всех должны были появиться, поскольку космос – это комплекс экстремальных условий. В связи с этим часть ученых считает, что если все-таки имела место панспермия, т.е. перенос живых организмов через космическое пространство, то это был перенос, скорее всего, архебактерий.
26
Астрономы с помощью космического телескопа «Кеплер» и компьютерного моделирования в конце 2011 г. подтвердили существование 716 экзопланет в 584 планетных системах галактики Млечный Путь. Общее же количество экзопланет в нашей галактике оценивается предположительно в 50 млрд, из которых около 2 млрд, возможно, являются «землеподобными».
По современным оценкам, около 34 % солнцеподобных звезд имеют в своей обитаемой зоне планеты, сравнимые с Землей.
Условия для синтеза предбиологической органики могли быть в космосе. В 1961 г. известный американский биохимик Джон Оро опубликовал статью о кометном происхождении органических молекул. Молодая Земля, не защищенная плотной атмосферой, подвергалась массированным бомбардировкам кометами, которые состоят в основном изо льда. Они содержат также аммиак, формальдегид, цианид водорода, цианоацетилен, аденин и другие соединения, необходимые для абиогенного синтеза аминокислот, нуклеиновых и жирных кислот – основных компонентов клетки. Вода комет образовала океаны, где через сотни миллионов лет расцвела жизнь. Наблюдения подтверждают, что в космических телах и межзвездных пылевых облаках есть простая органика и даже аминокислоты. Спектральный анализ показал наличие аденина и пурина в хвосте кометы Хейли-Боппа, а в метеорите Мурчисон нашли пиримидин. Образование этих соединений в условиях космоса не противоречит законам физики и химии.
Ряд авторов считают, что метеориты имели астероидные родительские тела и, возможно, были обогащены льдом и в этом отношении сходны с ядрами комет. Считается, что на Землю поступал и поступает большой объем кометного материала. Ученые уже довольно давно установили химический состав вещества ядер наблюдаемых комет. Как видно из таблицы, кометное вещество содержит разнообразные сложные органические соединения, лежащие в основе функционирования биологических систем.
Гипотеза астрокатализа – абиогенного происхождения предбиологических систем в протопланетном диске Солнечной системы.
Эта гипотеза довольно тесно связана с гипотезами заноса прокариот или сложных органических соединений из космоса и не приходит с нею в противоречие.
Суть ее заключается в том, что есть основания предполагать, что абиогенный синтез пребиотического вещества как этап возникновения жизни на Земле имел место в протопланетном околозвездном диске солнечной системы. Взрыв звезды первого поколения не только создавал тяжелые элементы, но и рассеивал их в пространстве. Из новых скоплений атомов образовались звезды второго поколения, в том числе и наше Солнце. Облака рассеянных частиц, не вошедших в состав центральной звезды, вращались вокруг нее и постепенно разделялись на отдельные сгустки – будущие планеты. Именно на этом этапе и мог начаться синтез первых органических молекул.
27
Главный результат исследований по астрокатализу сводится к выводу, что абиогенный синтез первичных органических соединений проходил непосредственно при формировании первичных тел и протопланет при развитии гравитационной коллективной неустойчивости с одновременным объединением множества малых тел. В процессе образовании планет в сгустках вещества создаются благоприятные условия для гетерогенного каталитического синтеза органических соединений. Следы этих процессов следует искать в метеоритах и астероидах, на спутниках планет, там, где не было геологической эволюции.
Таким образом, в соответствии с этой гипотезой стадия «астрокатализа» для первичного абиогенного синтеза основной массы органических соединений соответствует этапу формирования крупных тел в Солнечной системе. В этом случае молодая Земля могла иметь в своем составе большое количество органики уже с самого начала своего существования. Абиогенный синтез органики продолжался уже на Земле.
Основные тенденции в эволюции биосферы.
По В.И. Вернадскому, возникновение жизни положило начало длительному процессу эволюции биосферы. «Благодаря эволюции видов, непрерывно идущей и никогда не прекращающейся, резко меняется отражение живого вещества на окружающей среде. Благодаря этому процесс эволюции — изменения — переносится в природные покосные и биогенные тела, играющие основную роль в биосфере, в почвы, в наземные и подземные воды (в моря, озера, реки и т.д.), в угли, битумы, известняки, органогенные руды и т.п.».
Рост биомассы и организованности биосферы. В.И. Вернадский был уверен, что благодаря способности к размножению в геометрической прогрессии сформировавшаяся жизнь быстро распространилась по планете, приспосабливаясь к разнообразным условиям существования. Возникает вопрос о том, менялось ли количество живого вещества в ходе развития биосферы.
Позиция В.И. Вернадского по этой проблеме была неоднозначной. С одной стороны, он считал, что общее количество живого вещества было примерно одинаковым в течение всего геологического времени. Исходя из постоянного химического облика земной коры в течение всего геологического времени, из сходства минеральных ассоциаций различных геологических эпох следует, что геохимические явления не изменились заметно со времени архейской эры. Значит, средние количество и химический состав живого вещества оставались приблизительно одинаковыми. «Таким образом, количество живого вещества, по-видимому, является планетной константой со времени архейской эпохи, т.е. за все дление геологического времени». Не только количество, но и средний химический состав живого вещества должны быть неизменными, ибо каждое химическое изменение живого вещества должно было бы проявиться в образовании новых минералов или в увеличении и уменьшении их
28
количества. Объем живого вещества представлялся ему определенным количеством химических элементов, пригодных для использования в биологических процессах. Химическое изменение, необходимо сопутствующее каждому морфологическому изменению, образованию вида, расы и т.д., совершается в химически неизменных рамках живого вещества. В. И. Вернадский опирался на сведения того времени: биомасса океана во много раз превышает биомассу более молодых наземных экосистем. Современные исследования показывают, что ошибки при сравнении биомассы суши и океана отличались, по меньшей мере, на три порядка величин.
С другой стороны, высказывания Вернадского о непрерывной экспансии жизни, об образовании все более сложных и продуктивных экосистем, об усложнении циклов миграции химических элементов свидетельствуют о том, что ученый допускал возможность увеличения биомассы в эволюции биосферы. «Область жизни, по-видимому, расширяется в геологическом времени.... Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу и захват этот не закончился».
В качестве важнейшей тенденции в эволюции биосферы Вернадский выделял возрастание ее организованности, отмечал усиление стабильности, способности к саморегуляции и независимости от других земных оболочек. Возможно, это связано с тем, что в процессе коренных перестроек биосферы сохранялись, прежде всего, те группы организмов, которые были устойчивы к воздействию астрономических и геологических факторов. Возрастание целостности и автономности элементарных компонентов в биосфере в целом способствовало и ее лучшей организованности.
Роль живого вещества в становлении и стабилизации поверхностных оболочек Земли. Под влиянием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности все геологические и геохимические процессы превратились в биогеологические и биогеохимические. «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
Решающая роль живого вещества в эволюции биосферы особенно ярко проявилась в формировании и стабилизации газового состава атмосферы, в превращении восстановительной обстановки на нашей планете в окислительную, в преобразовании химической и минеральной структуры литосферы, в детерминации химической активности природных вод и общего термодинамического баланса биосферы. «Жизнь создает в окружающей ее среде условия, благоприятные для ее существования». Избирательно поглощая из окружающей среды химические элементы и их изотопы и выделяя их обратно в виде органических соединений, живое вещество создает и сохраняет, в охваченной им области, общепланетарный биологический круговорот. «Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его энергия по сравнению с энергией косного вещества огромна. Живое вещество есть самая мощная
29
геологическая сила, растущая с ходом времени».
В.И. Вернадский писал, что «тропосфера не есть астрономическое явление, а есть планетное явление, созданное живым веществом» и что «земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни». Он показал, что само соотношение основных газов атмосферы обусловлено жизнедеятельностью организмов. Регуляция газового состава осуществлялась двумя путями: первый связан с жизнедеятельностью организмов или с разложением их остатков, а второй — с процессами метаморфизации и вулканизма. В.И. Вернадский считал, что большинство газов, выделяемых при метаморфизме горных пород и извержении вулканов, по своему происхождению биогенны, т.е. являются преобразованными продуктами жизнедеятельности организмов. «Реакция образования свободного кислорода в земной коре не единственная, но, насколько можно судить, она единственная, которая дает значительные массы свободного кислорода в составе атмосферы, облекающей нашу планету».
Вернадский показал также определяющую и закономерную роль живого вещества в химической активности вод. Эта регуляция осуществляется путем концентрации элементов организмами из вод океана. Включенные в состав биохимических соединений, они изменяют характер миграции.
Развивая идеи В.В. Докучаева, Вернадский рассматривает почвообразование как часть более общего биогеохимического преобразования поверхностных оболочек планеты. Это положение вошло в основу современных представлений об эволюции почвенного покрова.
Давно были известны органогенные породы (известняки, сланцы). Но в целом деятельность организмов и разложение их остатков оценивались как второстепенный фактор образования осадочных пород, полезных ископаемых, минералов; наиболее распространенные породы — пески и глины — считались абиогенными. В.И. Вернадский пишет: «Все минералы верхних частей коры — свободные алюмокремниевые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси железа и алюминия (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни ...» Ученый подробно проанализировал роль организмов в преобразованиях соединений алюминия, железа, кремния, магния, углерода, кальция. Разбирая циклы кремния, он показал, как организмы захватывают атомы кремния из водных золей кремнезема. Другие организмы разрушают алюмосиликаты, извлекая кремний. Под влиянием продуктов жизнедеятельности кремний концентрируется в твердые коллоиды
— опалы, а затем и выкристаллизовывается в кварц, собирается в водных силикатах и в глинах. Образующиеся минералы со временем проникают в метаморфизированные оболочки, где образуют хлориты, хлоритоиды, тальки, серпентины, или возвращаются в исходное состояние — превращаются в слюды, полевые шпаты и др. На больших глубинах в метаморфизированных породах вновь синтезируются различные каолиновые алюмосиликаты.
30