Как и когда зародилась жизнь на Земле? Ученые ставят под сомнение старые теории

19.02.2025 21:06

Вопрос о зарождении жизни — одна из величайших тайн, над которой бьются учёные. И, кажется, новые открытия подбрасывают ещё больше дров в костёр споров, чем дают однозначных ответов. Традиционные представления о безжизненной, раскалённой Земле первых сотен миллионов лет, возможно, придётся пересмотреть. Но обо всём по порядку.

Миф о «позднем старте»?

Наша планета — дама почтенного возраста, ей около 4,5 миллиардов лет. Долгое время считалось, что первые живые организмы появились значительно позже её рождения, спустя, возможно, целый миллиард лет. Откуда такие выводы? Анализ лунного грунта, доставленного экспедициями «Аполлон», указывал на период интенсивной метеоритной бомбардировки Земли, так называемую Позднюю тяжёлую бомбардировку (ПТБ), произошедшую примерно 4-3,8 миллиарда лет назад. Логично предположить, что любая жизнь, возникшая до этого катаклизма, была бы попросту стёрта с лица Земли.

Иллюстрация

Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Однако, как отмечает Филип Донохью из Бристольского университета, с этой теорией не всё так гладко. Во-первых, моделирование показывает, что некоторые формы жизни вполне могли уцелеть в глубинах океана. Но, что ещё важнее, сама концепция ПТБ в последнее время подвергается серьёзным сомнениям! Дело в том, что все образцы, собранные «Аполлонами», имели схожий возраст, что и создало иллюзию концентрированной во времени бомбардировки. Современные данные говорят о другом: крупные столкновения с космическими телами происходили, но разрозненно, на протяжении сотен миллионов лет.

Да, был и по-настоящему апокалиптический эпизод: вскоре после формирования Земли с ней столкнулось небесное тело размером с Марс. Удар был такой силы, что поверхность планеты испарилась. «Если бы жизнь к тому моменту существовала, она была бы уничтожена», — констатирует Донохью. И это, пожалуй, единственное неоспоримое утверждение.

Там, где молчат камни…

Появление жизни — это превращение неживой материи в самоорганизующуюся живую систему. Как именно это произошло — по-прежнему загадка. Не легче и с определением времени этого события. Чем дальше в прошлое мы заглядываем, тем скуднее становится палеонтологическая летопись. Древнейшие породы, под действием тектонических процессов, погружались в раскалённые недра Земли, где любые следы жизни безжалостно уничтожались. А о первых 500 миллионах лет существования планеты (так называемом Катархее, или Гадее) и вовсе нет никаких геологических свидетельств, кроме крошечных кристаллов.

И всё же, древнейшие окаменелости существуют. Самые достоверные из них — останки одноклеточных организмов, обитавших на мелководье, найденные в австралийском регионе Пилбара. Их возраст — 3,5 миллиарда лет. Но, постойте, это же на целый миллиард лет позже столкновения, породившего Луну! Откуда же тогда берутся намеки на еще более раннее зарождение жизни?

a, Представление LUCA, основанное на нашей реконструкции содержания предковых генов. Названия генов, выделенные черным цветом, предположительно присутствуют в LUCA при наиболее строгом пороге (PP = 0,75, выборка в обоих доменах); те, что выделены серым цветом, присутствуют при наименее строгом пороге (PP = 0,50, без требования присутствия в обоих доменах). b, LUCA в контексте древа жизни. Ветви на древе жизни, оставившие сегодня потомков, окрашены в черный цвет, а те, которые не оставили потомков, окрашены в серый. Будучи общим предком существующей клеточной жизни, LUCA является самым древним узлом, который можно реконструировать с помощью филогенетических методов. На ранней стадии развития Земли он должен был существовать вместе с другими видами (выделены тиловым цветом), которые не оставили потомков среди современных клеточных организмов, попавших в выборку. Однако эти линии могли оставить след в современных организмах, передав гены в отобранное древо жизни (красные линии) до своего вымирания. c, хемоавтотрофный метаболизм LUCA, вероятно, опирался на газообмен с ближайшим окружением для достижения фиксации органического углерода (Corg) через ацетогенез, а также мог запускать метаболизм в обратном направлении. d, LUCA в контексте ранней экосистемы. CO2 и H2, которые подпитывали метаболизм LUCA, вероятно, ацетогенный, могли поступать как из геохимических, так и из биотических источников. Органическое вещество и ацетат, которые производил LUCA, могли создать нишу для других метаболизмов, включая те, которые перерабатывали CO2 и H2 (как в современных отложениях). e, LUCA в контексте земной системы. Ацетогенный LUCA мог быть ключевой частью как поверхностных, так и глубинных (хемо)автотрофных экосистем, питающихся H2. Если бы присутствовали метаногены, водород выделялся бы в виде CH4 в атмосферу, преобразовывался бы в H2 с помощью фотохимии и, таким образом, возвращался бы в поверхностную экосистему, повышая ее продуктивность. Цитирование: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T.A. et al. The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nat Ecol Evol 8, 1654-1666 (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1

Автор: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S. et al. Источник: www.nature.com

Спорные свидетельства и генетические «часы»

Существуют и другие, более спорные, находки: предполагаемые микроорганизмы возрастом 3,7 миллиарда лет и следы биологического углерода в кристаллах, которым 4,1 миллиарда лет. Все эти свидетельства вызывают ожесточенные дебаты в научном сообществе, и ни одно из них не обладает такой же неопровержимостью, как окаменелости Пилбары. Однако, по мнению Донохью, сбрасывать их со счетов преждевременно. «Вероятность того, что это настоящие окаменелости, не равна нулю», — подчеркивает он.

Второй аргумент в пользу раннего зарождения жизни — генетические исследования. В недавней работе Донохью с коллегами попытались определить возраст последнего универсального общего предка (LUCA) — организма, от которого произошли все ныне живущие существа на Земле. Для этого они выявили гены, общие для всех организмов и, вероятно, унаследованные от LUCA. По их расчётам, LUCA обитал на Земле… 4,2 миллиарда лет назад! То есть, всего через 300 миллионов лет после формирования планеты.

Черным цветом: ферменты и метаболические пути, присутствие которых в LUCA предполагается при PP = 0,75, с выборкой в обоих прокариотических доменах. Серым цветом: ферменты и метаболические пути, присутствующие в LUCA с наименьшим пороговым значением PP = 0,50. Анализ подтверждает наличие полного WLP и почти полного TCA-цикла при различных порогах достоверности. Метаболические карты получены из базы данных KEGG с помощью iPath. GPI — гликозилфосфатидилинозитол; DDT — 1,1,1-трихлор-2,2-бис(п-хлорфенил)этан. Цитирование: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T.A. et al. The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nat Ecol Evol 8, 1654-1666 (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1

Автор: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S. et al. Источник: www.nature.com

А ведь это только вершина айсберга! «LUCA — это далеко не начало жизни», — поясняет Донохью. Судя по всему, это был уже достаточно сложный микроорганизм, результат длительной эволюции. Следовательно, сама жизнь должна была зародиться значительно раньше.

Конечно, датировка LUCA может быть пересмотрена — Донохью сам это признаёт. Но сам факт появления жизни практически одновременно с появлением первых геологических свидетельств поражает. «Я вполне уверен, что жизнь зародилась в какой-то момент Катархея», — говорит Надя Драбон из Гарвардского университета.

Невероятная приспособленность Земли?

Получается, что жизнь на Земле не просто возникла на удивление рано, но и очень быстро эволюционировала до относительно сложных форм. А это, в свою очередь, заставляет задуматься: может быть, наша планета изначально была гораздо более приспособлена для жизни, чем мы привыкли считать? Вопрос, достойный дальнейших исследований и, возможно, способный перевернуть наши представления о зарождении всего живого.