Очень краткая история жизни на Земле: 4,6 миллиарда лет в 12 лаконичных главах

Джи Генри

Временная шкала № 2. Жизнь на Земле

2

Как собрать животное

Распад Родинии начался примерно 825 миллионов лет назад и длился почти 100 миллионов лет, оставив после себя континенты, расположенные кольцом с центром примерно на экваторе. Он сопровождался бурным вулканизмом, вынесшим на поверхность огромное количество магматических пород. Большей частью это был базальт, который легко поддается выветриванию – а большая часть суши была в тропиках, где жара и влажность значительно ускоряют этот процесс.

Дожди и ветры смыли в океан не только базальтовые лавы. Они упрятали в морские глубины и огромное количество углеродсодержащих осадочных материалов, надежно укрыв их от доступа кислорода.

Окисляясь до углекислого газа, углерод усиливает парниковый эффект, согревая Землю. Но когда углерод удаляется из атмосферы, парниковый эффект ослабевает – и Земля остывает. Этот вальс углерода, кислорода и углекислоты задаст ритм последующей истории Земли и жизни на ней.

Выветривание осколков Родинии привело к тому, что около 715 миллионов лет назад Земля вступила в эпоху глобальных оледенений, которая продлилась 80 миллионов лет.

Как и первый эпизод Земли-«снежка», случившийся после кислородной катастрофы – более чем за миллиард лет до описываемых событий, – вторая серия глобальных оледенений ускорила эволюцию. На эту сцену вышла новая, активная группа эукариот – животные [30] .

Океан, куда был смыт углерод, за исключением тонкого приповерхностного слоя, практически не содержал кислорода. Его тогда и в воздухе-то было в десять раз меньше, чем сейчас, а уж в поверхностном слое океана и того меньше. Для поддержания жизни животных этого было явно недостаточно, и выжить в таких условиях могли только существа размером не больше типографской точки в конце этого предложения.

30

Многое из написанного ниже я почерпнул из работы Lenton T. M. et al. Co-evolution of eukaryotes and ocean oxygenation in the Neoproterozoic era // Nature Geoscience. 2014. 7: 257–265.

Были, однако, животные, которым удалось выжить при мизерных концентрациях кислорода. Это были губки. Впервые они появились около 800 миллионов лет назад [31] , когда распад Родинии только начался.

Губки были – и остались – очень просто устроенными животными. Их личинки маленькие и подвижные, но взрослые особи проводят всю свою жизнь на одном месте. Взрослая губка представляет собой бесформенную массу клеток, пронизанную множеством отверстий, каналов и внутренних емкостей. Выстилающие эти каналы и емкости клетки создают ток воды слаженными биениями нитеподобных выростов – жгутиков. Другие клетки вылавливают из этого тока съедобные частицы – детрит. Отдельных органов или тканей у губок нет – можно продавить живую губку через сито, и полученная масса, попав в воду, вновь соберется воедино, восстановив полностью функциональную особь – только форма не сохранится. Это простая форма жизни, которой требуется немного энергии – и немного кислорода.

31

Время появления губок довольно спорно. Красноречиво свидетельствующие о присутствии этих существ минерализованные спикулы их скелетов редко встречаются в слоях более ранних, чем кембрийские. Молекулярные же «ископаемые», которые принято считать маркерами существования губок, вполне могут относиться к простейшим. См.: Zumberge J. A. et al. Demosponge steroid biomarker 26-methylstigmastane provides evidence for Neoproterozoic animals // Nature Ecology & Evolution. 2018. 2: 1709–1714; Botting J. P., Nettersheim B. J. Searching for sponge origins // Nature Ecology & Evolution. 2018. 2: 1685–1686; Nettersheim B. J. et al. Putative sponge biomarkers in unicellular Rhizaria question an early rise of animals // Nature Ecology & Evolution. 2019. 3: 577–581.

Но простота – еще не повод для пренебрежительного отношения. Губки своим появлением изменили мир.

Поселившись среди укрывающих морское дно слизистых «ковров», губки принялись фильтровать морскую воду. Одна губка за день профильтровывает совсем небольшой объем, но за миллионы лет миллиарды губок проделали впечатляющую работу – медленно и непрерывно, вне доступа кислорода, на дне накапливался углерод. К тому же губки очистили воду вокруг себя от детрита, который иначе был бы переварен дышащими бактериями. В результате количество растворенного в морях кислорода медленно, но неуклонно повышалось, как и в воздухе над водой [32] .

32

См.: Tatzel M. et al. Late Neoproterozoic seawater oxygenation by siliceous sponges // Nature Communications. 2017. 8: 621.

Нельзя не вспомнить последнюю книгу Дарвина «Образование почвенного слоя дождевыми червями и наблюдения над их образом жизни», вышедшую в 1881 г., незадолго до смерти великого ученого. Казалось бы, менее интригующее название придумать уже невозможно, но однажды я нашел на полке среди других книг, присланных в Nature на рецензию, толстый том, озаглавленный «Активный ил» (Activated Sludge). Впрочем, я отвлекся. «Черви», как этот труд называют в кругу знатоков и любителей Дарвина, демонстрирует, как переработка почвы дождевыми червями может менять ландшафты, хотя времени на это уходит много. В этой небольшой книжке собраны в емкой и общедоступной форме обширные темы времени и изменений, определившие всю жизнь Дарвина, так что «Черви» – вершина творения, достойная его гения. Дарвин есть Дарвин: он действительно измерил эффект работы червей, положив на своем заднем дворе на траву камень и наблюдая, сколько времени понадобится камню, чтобы под воздействием рыхлящих почву червей скрыться в земле.

Над губками, в приповерхностном, освещенном солнцем слое воды, медузы и маленькие червеподобные создания питались еще более крошечными эукариотами и бактериями [33] . Чем ближе к поверхности – тем больше кислорода, но богатые углеродом тела планктонных животных быстро тонули, а не оставались дрейфовать – и еще большее количество углерода оказывалось вне досягаемости для молекулярного кислорода. Поэтому в океане и в атмосфере его накапливалось еще больше.

33

Многие животные, которые во взрослом состоянии обитают на морском дне, в личиночной стадии являются частью планктона.

Планктонные создания были уже достаточно велики, чтобы их (не всех, конечно) можно было разглядеть невооруженным глазом. Но все же большинство их них были достаточно мелки, чтобы обмениваться с окружающей средой питательными веществами и отходами жизнедеятельности путем простой диффузии через всю толщу тела. Те же обитатели планктона, кто стал крупнее, обзавелись специальным приспособлением для поступления пищи – ртом. Он же, впрочем, выполнял и обратную задачу, являясь одновременно анусом.

Когда ничем больше не примечательные черви обзавелись отдельным анусом, это привело к биосферной революции. Теперь отходы жизнедеятельности не оставались растворенными в окружающей морской воде, а формировали твердые гранулы, которые быстро опускались на дно. Так началась настоящая «гонка ко дну»: дышащие кислородом организмы, разлагающие органические останки, стали собираться на дне, а не распределяться по всей толще воды, как раньше. Мутные застойные воды становились чище и еще богаче кислородом, закладывая основу для появления более крупных живых существ [34] .

34

См.: Logan G. A. et al. Terminal Proterozoic reorganization of biogeochemical cycles // Nature. 1995. 376: 53–56.

Появление ануса имело и еще одно очень важное последствие. Животное, у которого на одном конце есть рот, а на другом анус, волей-неволей выбирает совершенно определенное направление движения – «головой» вперед, «хвостом» назад. Поначалу они просто ползали по дну, собирая обрывки слизистого бактериального «ковра», покрывавшего его уже два миллиарда лет, и кусочки осевшего на него детрита.

Затем они начали закапываться под бактериальные маты. А затем начали их есть. Эпоха безраздельного владычества строматолитов закончилась.

Доев же строматолиты, животные принялись друг за друга.

Случались и другие глобальные оледенения, представлявшие собой проблему. Но проблемы – двигатель эволюции. Процветающие морские водоросли обеспечивали ранним животным гораздо лучшее питание, чем бактерии [35] .

Возможно, именно суровость криогенового оледенения толкнула животных на путь усложнения. Что нас не убивает, то делает нас сильнее – и животным просто не оставалось ничего иного, как двинуться по этому пути, чтобы на заре своего существования выжить в таких условиях. И когда льды отступили – а льды всегда отступают, в истории Земли не случалось иного, – оставшиеся животные были изящнее и коварнее своих предшественников. И теперь они были готовы к любым испытаниям, какие бы ни уготовила им родная планета.

35

См.: Brocks J. J. et al. The rise of algae in Cryogenic oceans and the emergence of animals // Nature. 2017. 548: 578–581.