Дэвид Эттенборо - Жизнь на Земле. Естественная история
Как можно их датировать? Открытие радиоактивности подсказало ученым, что в породах заключены геологические часы. Некоторые химические элементы с течением времени распадаются, при их распаде происходит радиоактивное излучение. Калий переходит в аргон, уран — в свинец, рубидий — в стронций. Скорость этого распада можно вычислить и на основании соотношения вторичного и первичного элементов в данной породе определить, когда именно образовался исходный минерал. Поскольку существует несколько пар таких элементов и распад происходит с разной скоростью, возможна перекрестная проверка. Этот способ, требующий чрезвычайно сложных методов анализа, всегда будет областью специалистов. Но кто угодно может с помощью простой логики определять относительный возраст пород и таким образом устанавливать порядок основных событий в палеонтологической летописи. Если породы лежат слоями и слои не слишком смещены, нижний слой должен быть старше верхнего. Вот так мы можем читать историю жизни по слоям и прослеживать происхождение животных вплоть до самых истоков, проникая все глубже и глубже в земную кору.
Самый глубокий разрез земной поверхности — Большой Каньон на западе США. Породы, сквозь которые река Колорадо проложила себе путь, все еще лежат более или менее горизонтально, слой на слое — рыжие, бурые и желтые, иногда розовеющие в утреннем свете или голубеющие в туманной дали. Земля здесь так суха, что лишь кое-где можжевельник и низкие кусты пятнают обрывы, и обнаженные пласты пород, одни твердые, другие мягкие, видны ясно и четко. По большей части это песчаники или известняки, выстилавшие дно мелких морей, которые некогда покрывали эту область Северной Америки. Приглядевшись, можно заметить нарушения в последовательности слоев — они соответствуют эпохам, когда суша поднималась, моря отступали и их бывшее дно высыхало, а накопившиеся отложения съедала эрозия. Затем суша вновь опускалась, моря возвращались на прежнее место и вновь их дно покрывалось отложениями. Несмотря на эти разрывы, общие линии истории окаменелостей прослеживаются ясно.
Верхом на муле без особого труда можно за день спуститься с верхнего края каньона на самое его дно. Первые же породы, мимо которых вы проезжаете, уже имеют возраст около 200 млн. лет. Они не содержат остатков млекопитающих или птиц, но пресмыкающиеся оставили о себе память. Почти рядом с тропой тянется цепочка следов, пересекающая глыбу песчаника. Это отпечатки лап какого-то небольшого четвероногого существа, почти наверное похожего на ящерицу, — пресмыкающегося, которое пробежало по пляжу. В других местах на том же уровне обнаружены отпечатки листьев папоротника и крыльев насекомых.
На полпути до дна каньона видны известняки, возраст которых равен 400 млн. лет. Тут уже нет пресмыкающихся, зато есть кости своеобразной панцирной «рыбы». Еще через час—и на 100 млн. лет раньше — вы едете мимо пород, которые не содержат никаких следов позвоночных животных. Кое-где попадаются раковины, да черви оставили кружево следов в том, что некогда было илистым морским дном. Проехав три четверти пути, вы все еще видите по сторонам пласты известняков, но в них уже не найти ни малейших признаков древней жизни. Под вечер вы наконец оказываетесь в нижнем ущелье, где между высокими скалистыми обрывами катит зеленоватые воды река Колорадо. Отсюда до верхнего края каньона по прямой каких-нибудь полтора километра, а породы вокруг датируются колоссальным возрастом в 2 млрд. лет! Тут, казалось бы, можно обнаружить свидетельства самого начала жизни. Однако в обнаженных породах — никаких органических остатков. Темные, мелкозернистые, они лежат не горизонтальными слоями, как выше по склону, но круто изогнуты, вспучены и пронизаны жилами розового гранита.
Не потому ли признаки жизни отсутствуют здесь, что эти породы и известняки, лежащие непосредственно над ними, непостижимо стары и все ее следы были в них стерты? Неужели первыми существами, оставившими о себе память, были такие сложные организмы, как черви и моллюски? Много лет эти вопросы мучили геологов. Поиски органических остатков в древних породах велись по всему миру. Были обнаружены два-три необычных образования, однако, по мнению подавляющего большинства специалистов, они возникли в результате физических процессов формирования пород и к живым организмам никакого отношения не имели. Затем в 50-х годах исследователи начали изучать наиболее загадочные породы под мощными микроскопами.
В полутора тысячах километров к юго-востоку от Большого Каньона, на берегах озера Верхнего, есть выходы древних пород примерно одного возраста с породами по берегам Колорадо. Некоторые из них содержат тонкие прослои мелкозернистых кремнистых сланцев. Это место было известно давно, так как первые поселенцы выламывали здесь кремни для ружей. Кое-где там видны загадочные белые концентрические кольца диаметром около метра. Что это — следы, оставленные течениями на илистом дне первозданных морей, или их могли образовать живые организмы? Точно ответить не мог никто, и кольцам дали нейтральное название «строматолиты» — от греческих слов, означающих всего лишь «каменный ковер». Но когда исследователи спилили секции этих колец, отшлифовали их в тончайшие прозрачные пластинки и рассмотрели под микроскопом, они обнаружили остатки простых организмов не более одной-двух сотых миллиметра в поперечнике. Некоторые напоминали нити водорослей, другие, хотя, несомненно, принадлежали к органическому миру, не имеют аналогий среди ныне живущих организмов, а третьи казались идентичными бактериям — самой простой из современных форм жизни.
Многим ученым не верилось, что крохотные микроорганизмы вообще могли подвергнуться окаменению, а уж то, что окаменелости эти уцелели на протяжении столь долгого времени, и вовсе казалось невероятным. Раствор кремнезема, пропитавший мертвые организмы и затвердевший в кремни, был, несомненно, самым прочным из всех существующих средств консервации. Находка окаменелостей в Ганфлинт-Черте стимулировала дальнейшие поиски не только в Северной Америке, но повсюду в мире, и другие микроокаменелости были найдены в кремнеземе Африки и Австралии. Некоторые из них, как ни удивительно, оказались старше Ганфлинт-Черта на миллиард лет. Однако, если мы хотим разобраться в том, как возникла жизнь, нам необходимо заглянуть еще на миллиард лет раньше, в ту эпоху, когда Земля была совсем безжизненной и только остывала после своего рождения.
Тогда наша планета почти во всех отношениях резко отличалась от той, на которой мы обитаем теперь. Окружавшие ее облака водяных паров уже сконденсировались и образовали моря, которые еще долго оставались горячими. Мы не знаем, как распределилась тогда суша, но в любом случае ничего похожего на современные материки не было — ни по форме, ни по местоположению. Бесчисленные вулканы извергали лаву и пепел. Атмосфера была разреженной и состояла из вихрей водорода, окиси углерода, аммиака и метана. Кислорода, возможно, не было вовсе. Эта смесь почти не задерживала ультрафиолетового солнечного излучения, и оно достигало земной поверхности с интенсивностью, которая была бы смертельной для современных форм жизни. То и дело разражались чудовищные грозы, обрушивая молнии и на сушу, и на море.
В 50-х годах проводились лабораторные эксперименты, показавшие, что могло происходить в подобных условиях с перечисленными выше химическими веществами. Смесь этих газов с водяными парами подвергали воздействию электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Всего лишь через неделю в смеси появились сложные молекулы, в том числе сахара, нуклеиновые кислоты и аминокислоты — те кирпичики, из которых строятся белки. Несомненно, подобные молекулы могли образовываться в морях Земли на самой заре ее истории.
Прошли миллионы лет, концентрация этих веществ заметно увеличилась, и молекулы начали взаимодействовать, образуя все более сложные вещества. Не исключено, что кое-какие компоненты могли быть занесены из космоса метеоритами. Со временем среди огромного разнообразия химических соединений появилось то, которое стало решающим для дальнейшего развития жизни. Оно называется дезоксирибонуклеиновой кислотой, или сокращенно ДНК. Структура ДНК обеспечивает ей два важнейших свойства: во-первых, она служит как бы матрицей для выработки аминокислот и, во-вторых, обладает способностью к самовоспроизведению. В ДНК молекулы достигли порога чего-то принципиально нового, так как эти два свойства ДНК присущи и живым организмам вроде бактерий. А ведь бактерии не только простейшая известная нам форма жизни, они и найдены были среди самых древних окаменелостей.
Способность ДНК к самовоспроизведению заложена в ее уникальном строении. ДНК имеет форму двойной спирали. В процессе деления клеток она разделяется по всей длине на две отдельные спирали. Каждая становится матрицей, к которой прикрепляются другие, более простые молекулы, и в конце концов, превращается в новую двойную спираль.
