Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Длительное существование бескислородного, сернистого промежуточного океана стало одновременно неблагоприятным и благоприятным условием для развития жизни. Благоприятным был приток сульфатов – прекрасный источник энергии для некоторых видов микроорганизмов: их жизненный цикл держался на превращении сульфатов в сульфиды. Информация, полученная при исследовании окаменелостей, включая характерные молекулярные биомаркеры, данные изотопов серы и некоторых хорошо сохранившихся микроорганизмов в кремнистом известняке – все указывает на то, что в мезопротерозойскую эпоху процветала прибрежная популяция зеленых и пурпурных бактерий. Микроорганизмы, живущие за счет серы, существующие и теперь в бескислородной среде, производят органические серные соединения с отвратительным запахом – похожим на запах сточных вод.

– Мезопротерозой был самым вонючим периодом в истории Земли, – шутит Линда Ках.

– В какой период он был вонючим? – спрашиваю я.

– По-моему, с начала до конца, – отвечает она.

Неблагоприятным обстоятельством для развития жизни была зависимость от азота. Газообразный азот (N 2) составляет 80 % современной атмосферы. Проблема состоит в том, что биохимическая природа живого вещества не принимает газообразный азот; живая материя потребляет его в восстановленной форме, т. е. в виде аммиака (NH 3). Поэтому живая клетка выработала весьма полезный белок, фермент под названием нитрогеназа, способный превращать азот в аммиак. Но здесь и кроется ловушка, как убедительно объясняют в своей статье, опубликованной в журнале Science в 2002 г., Ариэль Анбар и Энди Ноул. Нитрогеназе необходим комплекс атомов, содержащих серу и металл – железо или молибден, но ни того, ни другого в промежуточном океане не было. Железо исчезло при формировании железистых кварцитов, так что выбора не было. С другой стороны, молибден растворим только в насыщенной кислородом воде, как в современных океанах. В бескислородный период промежуточного океана молибден обнаруживался лишь на мелководье, поблизости от побережья, подвергаемого воздействию атмосферы, – это и была та среда, в которой предположительно размножались микроорганизмы.

В результате вслед за основополагающей статьей Кенфилда хлынул поток публикаций, связывающих геохимию и палеонтологию мезопротерозоя – две дисциплины, представители которых еще двадцать лет назад даже не общались друг с другом. Вывод очевиден: промежуточный океан стал пристанищем микроорганизмов, но эти формы жизни могли существовать только вблизи побережья. Поглощающие серу бактерии сосуществовали там с порождающими кислород водорослями. В течение миллиарда лет жизнь продолжалась, но это сопровождалось лишь немногочисленными биологическими инновациями.

Обратимся к минералогии – еще одной области науки, которая долгое время преподавалась в странной изоляции от грандиозной истории Земли, в таком же отрыве от геохимии и палеонтологии, как обе эти науки друг от друга. Объяснить это трудно, поскольку все, что нам известно о далеком прошлом Земли, получено на основе информации о минералах. Однако большинство минералогов редко обращаются к возрасту или эволюции исследуемых ими образцов. Напротив, более двух столетий минералоги занимались в основном их неизменными физическими и химическими свойствами. На протяжении всей моей жизни минералогическая литература описывала такие свойства, как твердость и цвет, химические элементы и изотопы, кристаллическую структуру и внешний вид минералов.

Я тоже когда-то твердо придерживался двухвековой традиции. Первые двадцать лет своей научной деятельности я выделял идеальные миниатюрные кристаллы обычных породообразующих минералов, подвергал их невообразимому давлению между двумя алмазными наковальнями, обрабатывал сплющенные образцы рентгеновскими лучами, а потом измерял мельчайшие изменения в их атомной структуре. Мы с коллегами игнорировали геологическое время и географическое место, поскольку не интересовались ни возрастом, ни происхождением наших микроскопических образцов. Мы называли себя минералогами-физиками и держались в компании таких внеисторических наук, как химия и физика. Не от них ли мы восприняли предвзятые мнения о геологических «сказках»?

Такой образ мыслей в минералогии коренится в ее происхождении от горного дела и химии, слегка приправленных подсознательным убеждением в том, что физика и химия являются более строгими и точными науками, чем творческие, направленные на качественные характеристики «байки» геологов. (Исследователи истории Земли часто задумываются, не это ли предубеждение лежит в основе того, что среди лауреатов Нобелевской премии много физиков и химиков, но ни одного геолога.) Поэтому мало кто из минералогов интересуется удивительными превращениями приповерхностных минералов во времени. Когда в 2008 г. мы с коллегами опубликовали коллективную статью под названием «Минеральная эволюция», наша цель заключалась в том, чтобы оспорить традиционный подход – и преобразовать минералогию в историческую науку. Наша ставка на минералогическое прошлое Земли, а также других планет Солнечной системы и планет за ее пределами основывается на том, что минеральный состав Земли эволюционирует, проходя несколько последовательных ступеней, на каждой из которых наблюдаются разнообразные изменения в составе и распределении минералов. Отсюда и повествовательный уклон этой книги, в которой планеты прогрессируют от минералогической простоты к сложности, от какой-нибудь дюжины минеральных веществ в составе газа и пыли, из которых образовалась Солнечная система, до более сорока пяти сотен разновидностей минералов, существующих на Земле в наше время, две трети из которых не смогли бы появиться в неорганическом мире.