Читаем Новая история происхождения жизни на Земле онлайн бесплатно

История почти в любом виде — возможно, самый нелюбимый школьный предмет. Одно из наиболее глубоких исследований на эту тему — в книге Джеймса Лёвена Lies My Teacher Told Me: Everything Your American History Textbook Got Wrong («Мой учитель мне соврал: все неправильности учебника по американской истории»[1]), и ее основной вывод можно сформулировать всего в двух словах: бесполезная вещь! Лёвен пишет: «История, рассказанная в учебниках, предсказуема, любая проблема в них либо уже решена, либо вот-вот будет решена… Авторы не используют примеры настоящего, чтобы объяснить прошлое, ибо настоящее не является источником информации для авторов учебников по истории».

Мысль Лёвена вполне ясна. В той форме, в какой американскую историю преподают в старшей школе, прошлое и настоящее не связаны друг с другом, и получается, что история не имеет никакого отношения к современности, никоим образом не влияет на нее. И все же вывод Лёвена не совсем верен, особенно если говорить об истории развития жизни на Земле, древность которой записана на камнях, в молекулах и цепочках ДНК, присутствующих в любой нашей клетке. Польза изучения этой истории бесспорна, как и то, что знание истории Жизни может уберечь нас от почти полного вымирания.

В начале 1960-х годов великий американский писатель Джеймс Болдуин заметил: «Людям никуда не деться от истории, как и истории никуда не деться от людей»[2]. Он имел в виду человечество, однако эти слова будут столь же верны, если заменить слово «люди» на «вся жизнь на Земле, в прошлом и настоящем», поскольку каждая цепочка ДНК в каждой клетке человеческого организма есть древняя запись биологической истории, сделанная простым кодом и передаваемая из поколения в поколение. Можно сказать, что ДНК и есть не что иное, как история, воплощенная в физической форме. Форма эта медленно создается и развивается в течение многих эпох с помощью самого беспощадного из всех создателей — естественного отбора. ДНК — история, живущая в нас, при этом она диктует нам свои условия. Это модель нашего тела, которая решает, что мы передадим нашим детям — дары во благо или мину замедленного действия. Нам и в самом деле никуда не деться от этого своеобразного носителя истории, которому никуда не деться от нас.

История развития жизни дает ответы на многие непростые, но такие актуальные вопросы, которыми задается каждый из нас: как нам, людям, удалось стать маленькой, только-только распустившейся веточкой на огромном дереве жизни? Какая борьба ожидает наш вид в будущем, какие невзгоды оставляют свои следы на нашей, человеческой, ветви этого старого дерева, которому четыре миллиарда лет? Прошлое помогает понять, какое место мы занимаем среди более двадцати миллионов ныне живущих видов, а также несметного числа других, которые уже исчезли. Исчезновение любого вида означает исчезновение и будущей вероятной эволюционной истории еще неназванных видов.

На страницах этой книги мы пройдем долгий путь к нашему будущему, переживем давние испытания, с которыми пришлось столкнуться нашим предкам: огонь, лед, удары молнии, ядовитый газ, клыки хищников, беспощадную конкуренцию, смертельные дозы радиации, голод, многочисленные изменения условий среды обитания, а также войны и завоевания в борьбе за освоение каждого пригодного к жизни уголка этой планеты. И каждый эпизод стал слагаемым всей суммы информации в существующей сегодня ДНК. Каждый кризис или война изменяли геномы, добавляя или расщепляя различные гены. Каждый из нас — потомок выживших в катастрофах и закаленных временем людей.

Есть еще одна, и даже более весомая, причина заниматься изучением истории возникновения жизни, ее назвал Норман Казинс: «История — это огромная система раннего оповещения»[3]. Эта мудрая мысль была высказана в разгар холодной войны. Более поздние поколения слабо представляют себе, что значило расти в 1950–1960-е годы, когда еженедельно сирена оповещения гражданского населения напоминала нам, детям, что любой слабый звук реактивного самолета может быть началом конца.

Войны без конца взимают зловещую дань с человечества — физическую, экономическую, эмоциональную. История развития жизни имеет много общих черт с историей человеческих конфликтов. Эволюция средств нападения у хищников (более сильные когти и клыки, резкие запахи, даже ядовитые шипы и жала, чтобы ловить и убивать другие виды) инициирует развитие элементов противоборства у потенциальных жертв (более надежная защита тела — панцирь, более высокая скорость передвижения, развитие способности прятаться), а иногда — и возникновение защитного оружия. Все это можно назвать «биологической гонкой вооружений». Многие знаменательные события эволюции не могут повторяться, поскольку у эволюции слишком большие сроки периодов развития, рассчитанные на то, чтобы наполнить биосферу конкурентоспособными и хорошо приспособленными организмами. Например, вряд ли возможно повторение Кембрийского взрыва, в результате которого возникло множество основных форм животного мира. Но что действительно может повторяться, так это явления, противопоставленные жизни и разнообразию, например, вымирание, или даже массовое вымирание, как это происходило в прошлом из-за катастрофических событий.

Каждой молекулой углекислого газа, попадающей в атмосферу, мы игнорируем сигналы системы раннего оповещения, которые напоминают нам, что в прошлом увеличение углекислоты в воздухе уже привело к десяти случаям массового вымирания видов и что сейчас ситуация похожая. Причинами тех случаев вымирания стали не астероиды, а быстрое насыщение атмосферы углекислым газом в результате вулканической активности и парниковый эффект, который сопутствовал ей.

В нынешнем веке наблюдается та же ситуация, что и в прошлых веках, ее назвали «парниковое массовое вымирание» — по аналогии со случаями массового вымирания, уже имевшими место в истории Земли[4]. Благодаря анализу окаменелостей, в том числе с помощью современных устройств и инструментов, мы понимаем, что опасность такого вымирания реальна и сегодня. Несмотря на это, многие наши коллеги остаются глухи или предпочитают не слышать крики умирающих не только из прошлого, но и из будущего. История развития жизни предоставила нам систему, которая предупреждает нас, что мы обязаны сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. Однако человеческая история показывает, что люди, скорее всего, не обратят внимания на предупреждения, пока изменения климата не обернутся массовыми человеческими жертвами.

Научная информация о далеком прошлом — один из аспектов, который чаще всего игнорируется при обсуждении климатических изменений. Одно из наиболее часто (настолько часто, что его уже немного затерли) цитируемых высказываний об истории принадлежит Джорджу Сантаяне: «Те, кто игнорирует историю, обречены повторять ее ошибки»[5]. Памятуя о хорошо известных в истории случаях массового вымирания по причине быстрого увеличения углекислоты в атмосфере, нам следует особенно внимательно отнестись к слову «обречены» в высказывании Джорджа Сантаяны.

Ни одна книга не может в полной мере воссоздать историю развития жизни. Приходится делать выбор, и наш выбор был продиктован словом «новая». Последняя «полная» однотомная версия подобной истории вышла в середине 1990-х — удивительный бестселлер Life: A Natural History of the First Four Billion Years of Life on Earth («Жизнь: естественная история первых четырех миллиардов лет жизни на Земле»[6]), автор — британский палеонтолог и писатель Ричард Форти. Его произведение восхитительно, и по сей день его приятно читать, а в нашем случае — перечитывать, и это — спустя 20 лет с момента публикации! Но наука развивается очень быстро, сегодня мы уже знаем то, что не было известно два десятилетия назад. Развиваются даже целых два научных направления, которые только зарождались в 1990-е годы: астробиология и геобиология. Развитие технологий позволило извлечь совершенно новые образцы из окаменелостей и горных пород, а также выявить прежде неизвестные таксоны. Изменились даже принципы научных исследований, и теперь самые значительные открытия делаются на стыке некогда самодостаточных и хорошо известных наук: геологии, астрономии, палеонтологии, химии, генетики, физики, зоологии и ботаники — каждая наука символически обретается в университетах в своем отдельном здании, имеет не только свой собственный факультет, но и свой терминологический аппарат и комплекс методов, позволяющих получать новую информацию.

В своем изложении материала мы исходили из трех принципов, которые послужили основой именно для нашей новой истории происхождения жизни. Во-первых, мы считаем, что история развития жизни в большей степени зависит от катастрофических событий, чем от совокупности всех прочих сил, включая медленную, постепенную эволюцию, какой ее впервые описал Чарльз Дарвин, а он в свою очередь опирался на принципы основателей актуализма. Актуализм, главный принцип геологии на протяжении более двух веков, изначально был разработан Джеймсом Хаттоном и Чарльзом Лайелем в конце XVIII века[7]. Этот принцип изучали многие поколения молодых естествоиспытателей, в том числе и Дарвин[8]. Открытие погубившего динозавров астероида, который врезался в нашу планету 65 млн лет назад, стало переломным моментом в изучении геологии. Взгляды исследователей сместились в сторону подхода, который назвали «неокатастрофизм»[9], отчасти возрождая представления катастрофизма — направления, существовавшего до актуализма.

Мы покажем на страницах этой книги, что актуализм — то, как он объясняет древний мир, вид и темпы эволюции — не актуален и по большому счету может быть опровергнут. Происходящее в современности не дает понимания того, что происходило в далеком прошлом, тем более что те события являлись скорее катаклизмами, а не результатом постепенного развития ситуации. Например, какие современные события помогли бы объяснить такие явления, как «Земля-снежок», или Кислородная катастрофа, или насыщенный серой Океан Кэнфилда[10], возникшие более миллиарда лет назад и способствовавшие эволюции первой ступени развития животных. Массовое вымирание динозавров на границе мелового и палеогенового периодов (так называемое мел-палеогеновое вымирание, или мел-третичное вымирание) также не имеет аналогий в наши дни, не существует сегодня и того типа океана и атмосферы, которые создали возможности для зарождения жизни на планете, как нет и того насыщения атмосферы углекислым газом, которое не позволило бы появиться ни одному островку льда на Земле. Настоящее не является ключом к пониманию большей части событий прошлого. Думая иначе, мы ограничиваем себя во взглядах и понимании природы вещей.

Во-вторых, коль скоро мы являемся углеродной формой жизни, формируемой цепочками углеродных соединений (атомы углерода, соединяясь, создают белки), то логично полагать, что на историю жизни имели особое влияние молекулы трех газов: кислорода, углекислого газа и сероводорода. Возможно, из всех элементов именно сера имела наибольшее влияние на развитие природы и жизни на нашей планете.

Наконец, раз история развития жизни есть история живых существ, то именно эволюция экосистем является самым значимым фактором для становления совокупностей современной картины жизни. Коралловые рифы, тропические леса, глубоководная фауна разломов и многие другие — каждое из этих явлений может быть особой пьесой со своими актерами, но с тем же сценарием из эпохи в эпоху. В то же время мы знаем, что в глубине времен случайно возникали принципиально новые экосистемы, населяемые новыми формами живых организмов. Появление живых существ, которые, например, могут летать, или плавать, или ходить на двух ногах — все это крупные сдвиги эволюции, которые изменили весь мир, и каждый из них помог создать новые экосистемы.

В любой книге по истории находит отражение опыт, накопленный ее автором, его размышления и умозаключения. Питер Уорд с 1973 года занимается палеобиологией, опубликовал множество работ о современных и древних головоногих, а также о массовом вымирании позвоночных и беспозвоночных. Джозеф Киршвинк — геолог-биолог, начал свои исследования с изучения переходного периода от докембрия к кембрию, но в дальнейшем расширил границы своих интересов как в направлении более древних периодов (Кислородная катастрофа), так и в сторону более поздних — именно он является первооткрывателем «Земли-снежка», очень большой части истории жизни. Позднее уже вместе мы работали над темами вымирания в девонском, пермском, триасовом, юрском периодах, а также над темой мел-палеогенового вымирания.

Наша совместная работа началась в середине 1990-х годов. Мы побывали с экспедициями в Южной Африке с целью исследования массового пермского вымирания, а с 1997-го по 2001-й — в Баха-Калифорния и в районе острова Ванкувер для изучения аммонитов мелового периода. Мы проводили исследования массового вымирания триасового, юрского периодов на островах Королевы Шарлотты, мел-палеогенового вымирания — в Тунисе, на острове Ванкувер, в Калифорнии, Мексике и Антарктиде, а девонского массового вымирания — в Западной Австралии.

Мы старались «исполнить» книгу гармоничным дуэтом, однако в некоторых главах то один, то другой из нас берет верх в силу своей приверженности тем или иным научным интересам или потому что более осведомлен в определенной научной сфере.