Дэвид Берковичи - Происхождение всего - От Большого взрыва до человеческой цивилизации

Большее разнообразие эукариот также объясняется отличиями в воспроизводстве. Прокариоты обычно совершают деление клеток (митоз), клонируя себя. Неудивительно, что они почти не изменились. Простые одноклеточные эукариоты совершают не просто деление клетки – они еще разделяют и перетасовывают собственную ядерную ДНК, а потом соединяют ее часть с ДНК партнера посредством мейоза и полового размножения. Преимущество этих перетасовок и обмена в том, что они повышают разнообразие, а также уменьшают вероятность летальных генетических ошибок, вызванных повреждением фрагментов ДНК: поврежденные фрагменты теряются при перетасовке, зато сохраняются при простом клонировании. Разнообразие и контроль возникновения генетических ошибок стали эволюционным преимуществом, что привело к их закреплению.

Возникновение многоклеточных животных и растений, по всей видимости, началось с формирования колоний одноклеточных. В колонии все клетки идентичны, а в многоклеточном организме есть клетки специализированные, которые выполняют различные роли (как клетки наших мышц, мозга, костей, глаз). Прокариоты могут образовывать лишь простые нитевидные колонии и цианобактериальные маты; одноклеточные эукариоты могут создавать колонии различных структур, например вольвокс (подвижные шарообразные колонии водорослей, о которых шла речь в главе 1) или слизевик. Переход от колонии к многоклеточному организму, вероятно, был довольно простым, учитывая разнообразие путей адаптации и эволюции эукариот. Например, клетки на поверхности колонии отвечают за поглощение энергии и питательных веществ из окружающей среды, в то время как клетки внутреннего слоя транспортируют питательные вещества и воду внутрь колонии, образуя таким образом подобие кровеносной системы. Различие в среде внутри колонии стимулирует эволюцию ее клеток в сторону специализации. В итоге клетки, обеспечивающие, например, движение колонии или восприятие хищников и добычи, могут в определенных обстоятельствах стать эволюционным преимуществом.

Однако на возникновение многоклеточных организмов на Земле ушло очень много времени. Еще 640 млн лет назад в биосфере по‑прежнему доминировали одноклеточные организмы. Примерно с 640 млн по 540 млн лет назад существовали формы жизни, имеющие ветвящуюся и трубчатую структуру (эта эпоха называется эдиакарской), но эти организмы вымерли. Около 540 млн лет назад начался расцвет многоклеточных – появилось огромное число причудливых морских существ, большинство из которых, вероятно, вы приняли бы за страшных скорпионов, многоножек и крабов.

Это событие было названо кембрийским взрывом. После него в палеонтологической летописи появляются ископаемые останки, поскольку многие живые существа обзавелись твердыми раковинами и скелетами, которые сохраняются в целом виде. Конечно, мы остаемся в неведении о более ранних мягкотелых ископаемых существах, однако уже в наши дни современная палеонтология способна обнаружить присутствие жизни по следам биологического и генетического материала, оставленного в горных породах давно исчезнувшими беспозвоночными. Кроме того, осадочные отложения, образованные до кембрийского взрыва (сохранившиеся в виде горных пород), несут мало следов деятельности роющих животных (этот эффект называется биотурбацией), а после кембрийского взрыва такие следы широко распространяются в донных отложениях.

Появление существ, имеющих раковину, чьи твердые части состоят из карбонатных пород, могло произойти из‑за вулканогенного накопления углекислого газа в атмосфере, что вывело нашу планету из состояния «Земля‑снежок» (описанного в главе 6). Например, избыток углекислого газа, растворяясь в океанской воде и вымываясь по действием эрозии, мог обеспечить наличие материала для построения раковин. Таким образом, кембрийский взрыв могло запустить окончание ледникового периода «Земли‑снежка». За последние 400 млн лет растения и животные колонизировали сушу и продолжали эволюционировать и увеличивать многообразие, заполняя все возможные ниши и закоулки. И все же фанероза – время, прошедшее с кембрийского взрыва до наших дней, – составляет лишь около 10 % от всей истории Земли. Большую часть своей биологической истории Земля была заселена только микроорганизмами.

За время долгой истории жизни на Земле много солнечной энергии было накоплено в виде сахара, жиров и других органических веществ. В то же время в атмосфере накопилось огромное количество кислорода. Как уже отмечалось, бóльшая часть органических веществ была скрыта от кислорода под отложениями и на дне океана. И лишь незначительная часть этого органического вещества, находившаяся глубоко под поверхностью Земли, образовала под воздействием высоких температур и давления различные виды ископаемого топлива. В сущности, это был процесс медленного «плавления» молекул сахара – удаления кислорода и восстановления углерода (возвращения ему электронов, отобранных кислородом). Морские органические отложения, подверженные этому процессу, могли стать источником нефтегазовых углеводородов (молекул водорода и углерода, но без кислорода); некоторые из их запасов могли затем выйти наверх благодаря тектонике плит или оказаться у земной поверхности, когда понизился уровень моря и они оказались на суше, например в западной части нынешних Соединенных Штатов – от Техаса до Вайоминга, где во времена динозавров плескалось море. Отложения органического вещества на суше, например деревья и болота, могли бы при благоприятных условиях превратиться в уголь – относительно чистый углерод (в болотах образуется еще и торф – промежуточный продукт превращения в уголь). Нефть, газ и уголь (торф) составляют наши запасы ископаемого топлива, бóльшая их часть, около 85 % по массе углерода, приходится на уголь. Большинство его запасов было образовано около 300 млн лет назад – в геологический период, вполне заслуженно названный каменноугольным. Он продолжался, по геологическим меркам, недолго после того, как растения захватили сушу.