научная статья по теме ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД ПЕРВОЗДАННЫХ ПЛАНЕТ – ИСТОКИ ОКЕАНА И ЗАРОЖДЕНИЕ БИОСФЕРЫ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД ПЕРВОЗДАННЫХ ПЛАНЕТ – ИСТОКИ ОКЕАНА И ЗАРОЖДЕНИЕ БИОСФЕРЫ»

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 83, № 10, с. 874-884

ИЗ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ

Б01: 10.7868/80869587313080069

В рамках концепции В.И. Вернадского о живом веществе как универсальном развитии материи во Вселенной рассматриваются древнейшие следы жизни в метеоритах и на Земле. Утверждается, что зарождение микробиальных экосистем на первозданных планетах земного типа представляет собой закономерное завершение их физико-геохимического становления при дегазации летучих веществ и водяного пара. По мнению авторов, возникновение жизни следует за становлением планетарных систем и повторимо в пространстве и времени.

ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД ПЕРВОЗДАННЫХ ПЛАНЕТ -ИСТОКИ ОКЕАНА И ЗАРОЖДЕНИЕ БИОСФЕРЫ

А.С. Лопухин, В.Н. Еремеев

ПАМЯТИ ГЕОРГИЯ АЛЕКСАНДРОВИЧА ЗАВАРЗИНА

Природа проста и не роскошествует излишними причинами.

Исаак Ньютон

да, там жизнь). "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных самых грандиозных геологических процессов", — писал В.И. Вернадский [1].

Для понимания условий возникновения жизни на первозданных планетах важна гипотеза В.Н. Ларина об изначально гидридной Земле. В 1980-е годы она была поддержана известным астрофизиком И.С. Шкловским и другими учёными, но неоправданно замалчивается в наше время (как и существование цианобактерий докембрия и палеозоя Hymenophacoides Roblot 1963, род Menneria Lopuchin 1971 ex 2011). В своей геохимической модели автор гидридной гипотезы резонно выдвинул на первый план доминирующий в химии мироздания водород, сместив кислород на второе место, что позволяет более конструктивно обсуждать широкий спектр планетарных, геологических и биогеохимических закономерностей, возникновение жизни в том числе.

В результате водородной "продувки" мантии происходила окклюзия: обладая рыхлыми электронными оболочками, металлы и кремний поглощали водород, при этом устанавливались углеводородные связи. Кислород обогащал геосферы, обусловливая их силикатно-окисное сложение [2]. Окисление водорода приводило к участию пара Н2О в общей дегазации первозданных планет, его

Современное рассмотрение проблем зарождения и эволюции биосферы в рамках одноимённой Программы РАН включает разносторонние более или менее удачные попытки теоретически воссоздать природную физическую и химическую обстановку, при которой обводнённость планет должна быть первостепенным фактором, согласуясь с аксиомой "ubi aqua — ibi vita" (где во-

ЛОПУХИН Александр Сергеевич — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Морского гидрофизического института НАН Украины. ЕРЕМЕЕВ Валерий Николаевич — академик НАН Украины, директор Института биологии южных морей НАН Украины.

конденсации под влиянием космических условии и первичному увлажнению специфической хон-дритовой коры, что является условием её будущей обитаемости.

В одной из своих обзорных статей академик Г.А. Заварзин рассмотрел начальные этапы эволюции биосферы [3]. При выявлении биосферных функций микроорганизмов в трансформации газов удалось обнаружить экстремально термофильные водородные бактерии СагЬоху^Авгтш hydrogeno-/огтат, определив "гидрогенотрофию как вероятный исходный тип метаболизма первичных продуцентов ... когда биота в экосистеме может существовать на протоке и замыкание трофической цепи в цикл не представляется необходимым. Окисление Н2 не ведёт к накоплению токсических продуктов" [4; 5, с. 240]. Академик М.А. Федонкин видит эволюцию водородного метаболизма как закономерную историческую последовательность (метаногенез, анаэробное окисление метана, анаэробное окисление аммиака, оксигенный фотосинтез), подчёркивая, что водород был и остаётся важнейшим участником геохимических и биогеохимических процессов — от добиотических периодов до наших дней [6].

Академик Э.М. Галимов рассматривает феномен жизни как явление возрастающей и наследуемой упорядоченности, присущей при определённых условиях химическим соединениям углерода, когда в процессах устойчивой структуризации материи ключевую роль с предбиологических времён играла молекула аденозинтрифосфата (АТФ). Упорядочение косного вещества сменяло предшествующее состояние материи и способствовало её развитию [7—9]. Эти представления логично совмещаются с идеей аддитивной эволюции бактериальных сообществ Г.А. Заварзина, которая проявляет тенденцию развития биоразнообразия и, скорее всего, охватывает весь мир живого вещества. Согласно Заварзину, жизнь на Земле с самого начала следует воспринимать как экосистему, которая включает в себя организмы и среду их обитания, поскольку "обитаемость предшествует обитанию как возможность реализации. Обитаемость означает, что геологическая система первична по отношению к биологической. Последующее не может определять прошлое" [10, с. 528]. Единение предложенных концепций и "самопроизвольная самоорганизация" супрамолекуляр-ной химии нобелевского лауреата Жан-Мари Лена обещают обернуться обновлённой мировоззренческой парадигмой всего сущего.

Итак, сама возможность зарождения биосферы связана прежде всего с появлением на планетах воды — основного условия превращения косного вещества в вещество живое. Обводнённость и зарождение биосферы логично рассматривать на примере родоначального тела метеоритов —

1 Микробиолиты (строматолиты)

2 Микробиальные ископаемые

3 Осадочный органический углерод (кероген и производные графита)

4 Фиксация аутотрофного углерода (изотопный сигнал)

Гадей

- Начало осадкообразования (3.8 Ga)

Архей

Протерозой

1-1—-1-1--1-1-1-т-

4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

Рис. 1. Основные категории палеобиологических свидетельств, зафиксированных за 3.8 Оа геологической истории Земли

бывшей планеты Фаэтон, поскольку некоторые хондриты принесли на Землю остатки древнейших прокариот. Гравитационная катастрофа этой планеты на рубеже 4.0 Оа (гига лет, 1 Оа = 109 лет) могла быть следствием избыточной водородной окклюзии металлов и возобладавшего центробежного фактора при случайном прохождении Фаэтона между Солнцем и планетами-гигантами.

Возраст метеоритов составляет 4.56—4.50 Оа и указывает на становление Солнечной системы в целом. Это определяет временное окно зарождения и эволюции микробиальной экосистемы Фаэтона примерно в 400 млн. лет, вплоть до его гибели и последовавших бомбардировок Земли, Луны и Марса [11]. М. Шидловский ввёл весь предархейский период от возникновения Солнечной системы в основание геологической колонки как эру гадей (4.56—3.85 = 0.71 Оа), геологические данные по которой пока отсутствуют (рис. 1) [12, 13]. Восполнить этот пробел позволяет планета Фаэтон с массой, вероятно, сравнимой с массой Земли, с близкой геохимией, подходящей орбитой и гидротермальной экосистемой. По завершению эры гадей на Земле фиксируются наиболее древние метаосадочные породы группы Исуа (3.85 Оа) и Акилеа.

На рисунке 1 представлены основные категории палеобиологических свидетельств, зафиксированных за 3.8 Оа геологической истории Земли. Эра гадей в начале шкалы охватывает период между образованием планеты (4.56 Оа) и появлением осадочных пород (3.85 Оа). Прерывистость — это метаморфический след, который мог влиять на сохранность микрофоссилий (рис. 1, 2) и гра-фитизацию осадочного органического углерода (рис. 1, 3), что граничит с повторным запуском 13С/12С сигнала аутотрофной (фотоаутотрофной) углеродной фиксации, обычно сохраняемой в не-трансформированном осадочном органическом углероде, или керогене (рис. 1, 4). Следы слоистых микробиальных экосистем (строматолитов) ещё не открыты в породах старше 3.5 Оа (рис. 1, 1).

анерозой

Рис. 2. Метеоморфы ахондрита Саратов

1—9 — прокариоты РНа^ота загаОЬ ЬорикМп; 10 — Ывннепа рпшаеуа ЬорикМп 1975 ех 2011, архей (3.5 Ga), Алданский щит, Йенгр-ская серия; 11—15 — микрофоссилии на стадии деления (размер до 50 мкм), венд, Северный Тянь-Шань; 16—18 — почкование колоний Ывннепа гоЪШав ЬорикМп 1971 ех 2011: 16 — бриовер Нормандии, М.-М. ЯоЫо^ 1963; 17, 18 — рифей, чичканская свита, Таласский Алатау, Киргизия

Продление прерывистой линии до 3.8 Ga, где зафиксированы древнейшие прокариоты Isuas-phaera isua Pflug 1978 (см. рис. 1, 2), является пока условным до общего признания клеточных мор-фотипов серии Исуа [12].

Phaetonia saratovi и пикопрокариоты. Присутствие в углистых хондритах остатков и их биологическая природа воспринимались в прошлом веке с недоверием и нередко отрицались [14]. Перелом наступил после публикации книги B. Наджи "Carbonaceous meteorites" [15], хотя противоречивые мнения в научном сообществе всё же сохранялись. Спустя 20 лет условно марсианский метеорит, найденный в снегах Антарктиды [16, 13], оживил интерес исследователей: экзобиология

пополнилась работами, среди которых примечателен обзор Л.М. Герасименко и других [17]. Г.Д. Пфлюг при сравнении нанофоссилий Исуа с метеофоссилиями углистого хондрита Мурчисон усмотрел в их сходстве раннюю микробиальную эволюцию [18, 19].

В 1960-е годы палинологическая стратификация нефтегазоносных отложений палеозоя способствовала поиску спороподобных образований в метеоритах. В СССР первым их обнаружил Б.В. Тимофеев (Геологоразведочный нефтяной институт) в углистом хондрите Мигеи и обыкновенном хондрите Саратов и представил на Всесоюзной палинологической конференции в Новосибирске в 1962 г. Он отметил, что находки в ме-

Рис. 3. Биоморфные структуры углистых хондритов Мигеи и Оргейл в сравнении с микрофоссилиями докембрийских отложений Земли

1—4 — простейшие метеоморфы Мигеи (1—3 — деформированные оболочки, 4 — глобулы); 5 — тип глобул 18B (формация Fig Tree, архей, 3.2 Ga, Ю. Африка); 6—8 — отложения рифея Северного Тянь-Шаня; 9—17 — биоценоз углистого хондрита Оргейл (9—12 напоминают 13 — цепочку Dharvaria hindi Lopukhin 1983, архей Индии); 14, 16и 17сходны с 18 — Huroniospora sp. (формацияи Gunflint, 2.0 Ga, Канада); 19, 20 — отложения венда Тянь-Шаня; 21 — тороиды углистого хондрита Мурчисон

теоритах свидетельствуют о происхождении их от космического тела, имевшего достаточно большие размер и массу и приспособленного для существования н

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком