Загадка века.

Эта авторская статья была первоначально опубликована в моём Живом Журнале. Свободно распространяется на условиях следующей лицензии:

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Атрибуция–Некоммерческое использование–На тех же условиях» 4.0 Всемирная.

Пожалуй, самая интересная загадка в истории Земли — это зарождение жизни. И большинство всяких интересностей, связанных с этим процессом, нам неизвестно.

К примеру, мы понятия не имеем, было ли зарождение жизни единоразовым событием. Возможно, да: один раз молекулы прадедушек современных белков собрались вместе, сообразили на троих, нашли старый ксерокс и давай размножаться, пока картридж не закончился. Их потомки тоже захотели размножаться, но картридж уже закончился, поэтому им пришлось развиться в людей, которые будут производить новые картриджи для ксероксов в промышленных масштабах.

Но возможна и альтернативная ситуация: новая жизнь содаётся до сих пор. Однако новенькое, чистое, невинное существо, ещё не определившееся даже, оно прокариот или эукариот, не может конкурировать со взрослыми зубастыми дядями бактериями, за плечами которых три миллиарда лет эволюции; и поэтому бактерии быстро и без затей пожирают только что сформировавшуюся жизнь. И происходит это так быстро, что мы просто не успеваем отследить этот праздник живота. Это тоже понятно: представьте, что вы три миллиарда лет жили впроголодь, питаясь только тем, что удавалось урвать, пока другие не заметили, и вдруг перед вами из ничего возникает новенькая, вкусненькая сосиска — ну какой исследователь успеет отследить её судьбу?

История Земли в биологической перспективе длится на три значимых периода.

Первый называется катархей. Он начинается образованием Земли из космической пыли 15 января 4539997988 года до нашей эры и заканчивается эоархейским периодом (3,5 миллиарда лет назад). В это время Земля была пуста и безвидна, и тьма над бездною, и всякое странное витало над водою. Луна застилала небо, ибо она моталась на расстоянии всего 17 тысяч километров — то есть была в 20 раз ближе, чем сейчас, — и висела в небе неподвижно, потому что период обращения Луны был равен земным суткам, а они тогда составляли всего 6 часов. Да, рабочий день длился всего 2 часа! С другой стороны, через 4 часа надо было бы снова плестись в офис. Но все эти занимательные спецэффекты пропали втуне, потому что свидетелей этому великолепию не было: жизни на Земле не существовало.

В конце эоархейского периода обстановка изменилась. В подогретом супе, насыщенном энергией, возникли сначала белки́, потом ксероксы для размножения этих белков, а потом уже первые анаэробные одноклеточные. Эти одноклеточные размножились в невероятных количествах и путём своей жизнедеятельности изменили атмосферу Земли, насытив её кислородом, от чего почти целиком вымерли. Кислород — это, вообще-то, смертельный яд. Правда, некоторые из этих одноклеточных сумели доказать свою пользу и были пощажены Чаком Норрисом оставлены в живых. К примеру, в каждой нашей клетке есть митохондрии, участвующие в обеспечении клетки энергией; митохондрии образовались примерно в те времена и были самостоятельными организмами.

Так начался второй период в истории заселения Земли: период безраздельного владычества одноклеточных животных. Длился этот период почти три миллиарда лет.

	Лирическое отступление:
		Вопли хомячков на тему «земная атмосфера меняется, вымирают целые виды, мы все умрём, надо с этим что-то делать» не имеют под собой основания для паники. Атмосфера и правда меняется, но это естественный процесс; сейчас у Земли уже третья по счёту атмосфера, и она гарантированно не последняя — вне зависимости от промышленных выбросов людей и даже самого их, людей, существования. (Понятно, я считаю только значительные изменения состава атмосферы). Каждое изменение окружающей среды приводило к полному вымиранию тех видов, которые не приспособились к этому изменению. Виды вымирали из-за смены атмосферы, из-за ледниковых периодов, из-за чрезмерно жарких периодов, из-за извержений супервулканов, из-за изменения магнитной полярности Земли, из-за падения комет и из-за миллиардов других причин. Складывается ощущение, что единственным предназначением многих видов животных было пафосно вымереть. Вымирание — это тоже естественный процесс. Мы и правда все умрём, и с этим ничего не поделаешь; не вижу причины пугаться очевидного. Смерть необходима для поддержания жизни; это естественный процесс. Наконец, утверждение «надо с этим что-то делать» упирается в вопрос «а знаем ли мы, что надо делать?» и в более глобальный вопрос «а надо ли вмешиваться в ход естественных процессов на планете?» Ответ: ни хрена мы не знаем, и если будем огульно совать свои грязные руки туда, куда не надо, нам будет бо-бо. Как вам вполне реалистичная перспектива вымереть из-за попыток человечества сохранить природу?
		Можно считать научно доказанным, что жизнь могла самозародиться из мешанины неорганических веществ. Самопроизвольное получение органических веществ, в том числе аминокислот, из неорганических веществ было доказано в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри. Под воздействием солнечного ультрафиолета (речь идёт о Земле с её первичной атмосферой, в которой кислорода — и уж тем более озона — практически не было) водная оболочка органических молекул формировала коацерватные капли, которые служили первичным аналогом клеточных мембран. Такие капли могли расти, размножаться и эволюционировать, в какой-то момент переходя грань между набором молекул и живым организмом. Экспериментально коацерватные капли были получены. В 2010 году в одном из японских университетов сумели собрать первую полностью искусственную клетку, без единой примеси ранее существовавших органических веществ. Эта клетка питалась и размножалась, поэтому являлась живым организмом. В 2011 году облегчённая версия эксперимента была повторена в хайфском «Технионе»; за неоценимый вклад в проектирование и разработку искусственного живого существа сестра моей жены получила степень магистра наук.

Затем начинается самое странное и интересное в истории развития жизни.

На протяжении трёх миллиардов лет, с эоархея до кембрия, жизнь на Земле сводилась к одноклеточным, прежде всего к бактериям. Тропические моря были целиком покрыты бактериальными матами — гигантскими колониями независимых одноклеточных, перегоняющих углекислый газ в кислород промышленными темпами. Одноклеточные усложнялись, обзаводились ядрами и средствами защиты от изменяющейся окружающей среды. Иногда одноклеточные существа образовывали огромные колонии в десятки и даже сотни километров длиной, но всё равно они были одноклеточными, то есть каждая клетка могла существовать независимо от других.

Уже упоминавшиеся выше митохондрии где-то в этот период почуяли увеличение количества кислорода в атмосфере, сообразили, чем дело пахнет, и провели гениальную операцию по обеспечению собственного будущего. Когда я учился в школе, считалось, что какая-то бактерия слопала маленькую невинную митохондрию, и та, чтобы не быть переваренной, заключила с большой и страшной бактерией договор о поставке энергии. Сейчас наука считает совершенно по-другому: это злобные митохондрии, бряцая оружием, ворвались в беззащитную бактерию и спрятались под её мембраной от губительного кислорода, а чтобы бактерия не откинула ласты жгутики раньше времени, начали подкармливать её энергией. Терминаторы-бактерии со встроенной батарейкой получили преимущество и почти полностью выели своих конкурентов, у которых халявной энергии от митохондрий не было. А кто сказал, что эволюция — это мирный процесс?

И вдруг, как говорят на Луркморье, ВНЕЗАПНО, за очень короткий в геологическом масштабе период, неизвестно откуда возникает весь спектр многоклеточных живых существ, от простейших кишечнополостных до весьма сложных хордовых. В науке это событие называется кембрийским взрывом, и этот взрыв начинает третий этап заселения планеты, характеризующийся господством многоклеточных животных и производством ксероксов.

	Лирическое отступление:
		Одноклеточное существо является жизнью в себе: одна клетка способна передвигаться, жрать и размножаться. Такая клетка ни от чего не зависит и ни в чём, кроме пищи, не нуждается. Этого достаточно, чтобы объявить её живой; я и людей таких знаю. Многоклеточное существо является симбиозом клеток с разными специализациями: эти не умеют размножаться, зато хорошо проводят электрические сигналы; те не умеют проводить сигналы, зато очень продуктивно добывают энергию, так, что хватает всем вокруг; а вон те не умеют ни проводить сигналы, ни добывать энергию, зато умеют сокращаться под воздействием электричества и образуют мускулы. По отдельности ни одна из этих клеток не выживет, они способны существовать только вместе. Разница между этими организмами примерно такая же, как между кустарной мастерской XIV века — где кузнец был и проектировщиком, и дизайнером, и производителем, и службой сервиса — и современным автозаводом.

Дикинсония. Не имеет никакого отношения к Брюсу Дикинсону.

Именно конец докембрия и начало кембрия с точки зрения биологии изучены относительно неплохо, потому что тогда не было существ, которые роются в земле в поисках ништяков. Если честно, тогда вообще было туго с существами. Поэтому то, что падало на землю, там и оставалось, покрывалось кальцием, илом и экскрементами и окаменевало. В результате ещё пару веков назад были получены следующие результаты: были-были-были одноклеточные, потом вдруг одновременно появляются остатки всевозможных многоклеточных, а потом окаменелости сходят на нет: появились падальщики. И историки-биологи-палеозоологи тихо сходят с ума, пытаясь понять, каким образом три миллиарда лет жизнь умещалась в одной клетке, и ей этого хватало, а потом ВНЕЗАПНО образовались многоклеточные организмы с узкой специализацией для каждой группы клеток.

Разумеется, ВНЕЗАПНО может наступить только зима у жилищно-коммунального хозяйства, а многоклеточные не образуются из ничего. В конце 1980-х было официально признано обнаружение следов многоклеточных организмов, живших до кембрийского взрыва. И вот эти-то многоклеточные и есть самое загадочное во всей этой истории.

Для начала, эти животные образовывали отдельные биоты, то есть жили в обособленных районах и не распространялись по всему миру. На сей момент обнаружено несколько подобных биот, с разными животными в них. К примеру, животные из хайнаньской биоты непохожи на животных из эдиакарской.

Во-вторых, они были совершенно непохожи на нынешние организмы. Единственный современный организм, который выводят из одной из подобных биот, — это морская актиния, причём утверждение о прямом наследовании основывается на том, что и в вендской биоте, и в актинии повышенное содержание висмута. Это примерно то же самое, что сказать, что жертвы гангстерских разборок — потомки Наполеона I Бонопарта, потому что в них примерно одинаковое содержание свинца, только в жертвах разборок свинец гранулированный и концентрированный. Ну так Наполеон жил давно, свинец успел рассосаться…

Трибрахидий, погоняло — «геральдический трёхрук». Судя по трёхлучевой свастике — нацист.

Для подтверждения факта непохожести можно упомянуть вот о чём. Люди и подавляющее большинство животных обладают двусторонней симметрией: левая часть является более-менее зеркальным отражением правой. Многие более простые животные обладают радиальной симметрией, вроде морских звёзд и морских ежей. Но некоторые из докембрийских животных обладали скользящей симметрией, то есть двухсторонней симметрией со сдвигом, а трибрахидий замутил симметрию третьего порядка. И, что интересно, он не единственный такой.

В-третьих, все эти животные, за исключением, возможно, актиний, вымерли во время кембрийского взрыва, 500 миллионов лет назад.

Подытожу. Теперь мы уже знаем, что до кембрия на Земле появились сложные многоклеточные животные. Мы знаем, что все они обитали в воде. Мы знаем, что у них были специализации, и эти животные делились на «травоядных» и «хищников»: некоторые «травоядные» озаботились отращиванием устрашающих шипов, а на других есть следы укусов. Исходя из этого и из оставленных следов, мы знаем, что по крайней мере некоторые из этих животных могли передвигаться. То есть это были достаточно крупные многоклеточные организмы, с обособленными пищеварительной и двигательной системами, возможно — с какими-то зачатками нервной системы. Мы знаем, что большинство из этих организмов не имели скелета, но нынешние моллюски до сих пор не обзавелись скелетом, и им это не мешает. Почему они вымерли?

Вот она, загадка века. (Я говорю, понятно, о кембрии — в нашем веке есть свои загадки). Это были успешные организмы, они весьма неплохо размножались и чувствовали себя, в общем, превосходно. Но почему они не заполонили весь мир, а оставались обитать в не слишком больших обособленных биотах? И почему они внезапно вымерли? В некоторых захоронениях останки докембрийских организмов лежат вперемешку с остатками первых рыб, и тогда понятно: появились более успешные существа, которые сожрали предыдущую фауну. Но во многих местах биоты вымирают ещё до столкновения со сложными животными, этой шрапнелью кембрийского взрыва. Иногда разница между последними животными докембрийских биот и первыми животными кембрия составляет десятки миллионов лет. Это много. Человеку как виду меньше трёх миллионов лет. Так почему же они вымерли?

Ответа на этот вопрос у нас нет, и вряд ли мы его найдём.

Но неожиданное возникновение подобных сложных организмов, совершенно непохожих на нынешние, их весьма успешное размножение и внезапное беспричинное вымирание снискали им вполне подходящее название. В среде палеонтологов эти животные называются «черновики Господа Бога».