Сколько лет живому веществу Земли

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Наша планета в своей геологической структуре выявляется в зоны лет, тысячи миллиардов (может быть, больше). Академик В. И. Вернадский.

Кажется, ответить на вопрос в заглавии проще простого. На данный момент общепризнанным считается, что Земля возникла 4,6 миллиарда лет назад, а жизнь на ней зародилась всего 2—3 миллиарда лет назад.

Но вот академики Б. С. Соколов и А. В. Сидоренко, отводят жизни не два-три, а четыре или чуть больше миллиардов лет. Океанолог же академик Л. А. Зенкевич полагал, что эволюция жизни только в океанах могла занять десятки и даже сотни миллиардов лет. А академик В. И. Вернадский оценивал возраст нашей планеты даже в тысячи миллиардов лет.

Что служило или служит основой для таких предположений! В начале прошлого столетия геологи и палеонтологи находили остатки живых организмов только в осадочных породах не древнее пятисот миллионов лет. Казалось естественным, что раньше жизни и не было. Сами такие породы получили имя палеозойских (от древнегреческого «древняя жизнь»). Слои, отложившиеся в близкое к нам время, стали именовать кайнозойскими («кайно» — новая), а промежуточные — мезозойскими («мезо» — средняя). Отложения более древние, чем палеозойские, так и назвали дожизненными — протозойскими (протерозойскими). Но шли годы. И следы жизни удалось найти не только в «дожизненных» породах, но даже и в еще более древних — архейских.

В. И. Вернадский сравнивал между собой горные породы архея, протерозоя и кайнозоя, изучая процессы образования этих пород,— и подчеркнул в своих выводах принципиальное сходство таких процессов, хотя они шли в разные геологические эпохи, в резко различных, казалось бы, условиях. Значит, на самом деле общее между этими эпохами было значительнее различий. И таким главным общим фактором могла быть только жизнь.

Вот тут-то Вернадский и пришел к убеждению, что сроки существования планеты и эволюции жизни на ней надо резко увеличить — чтобы жизнь могла начать играть свою важнейшую геологическую роль на Земле в куда более ранние сроки, чем считалось.

Сегодня остатки древнейших сравнительно высокоразвитых растений датируют временем в 2—3 миллиарда и даже несколько более лет. В углистых сланцах системы Витватерсранд (Африка) найдены остатки растений, сходных с грибами и лишайниками. Размеры этих растений не превышали сантиметра. Но можно уверенно сказать, что появлению таких высокоорганизованных биологических структур должна была предшествовать долгая эволюция.

Причем более поздние этапы эволюции, как правило, сразу и короче и богаче событиями. На то, чтобы часть рыб прошла путь превращения в земноводных, ушло больше времени, чем на эволюционное превращение части земноводных в пресмыкающихся. И это — только один из множества примеров.

В ходе эволюции максимальные размеры живых существ возрастают. Сейчас самые большие наземные растения — секвойи высотою (длиною) свыше 100 метров. Этот рубеж был перейден ими уже десять миллионов лет назад. Но в нижнем палеозое (полтораста миллионов лет назад) самые крупные растения ненамного превышали один метр. Грибы и лишайники архея 2—3 миллиарда лет назад едва достигали сантиметра. На сколько же миллиардов лет надо уйти в прошлое, чтобы «гигантами» растительного мира оказались полуживые структуры, состоящие — каждая — из одной-единственной молекулы размером в сотую долю микрона! А ведь такие полуживые структуры, по современным представлениям, должны были служить необходимым звеном эволюции. Путь же от них к грибам и лишайникам мог занять и тысячи миллиардов лет, особенно если учесть закон ускорения эволюции.

Далее. Сейчас жизнь в своих высших формах использует практически всю таблицу элементов Менделеева, включая многие изотопы. В архее этот «химический набор жизни» был гораздо беднее, в первоначальной же форме он мог включать в себя всего лишь пять элементов — водород, углерод, азот, кислород и фосфор.

Как кажется, путь освоения и мобилизации жизнью все новых и новых химических элементов должен был занять гораздо больше времени, чем отводится на то ныне принятой геологической хронологией.

А теперь — о новых данных касательно поразительного сходства древнейших и поздних горных пород, сходства, которое так занимало В. И. Вернадского.

В метаморфизированных (преображенных) отложениях возрастом до 3,8 миллиарда лет примерно столько же органического вещества биогенного происхождения, сколько в молодых осадках.

Кварциты архея представляют собой метаморфизированные пески и песчаники; биогенного углерода в кварцитах 0,45 процента. Примерно столько же его в нынешних песках и песчаниках. Подобная картина — с другими породами.

Выходит, за последние три и даже четыре миллиарда лет роль жизни в образовании горных пород изменилась мало. Сегодняшний уровень, ее влияния на оболочки Земли был, получается, достигнут давно. А для этого уже четыре миллиарда лет должен работать на «нынешнем уровне» механизм фотосинтеза в своих наземных формах. Началась же эволюция жизни в океане, и первые растения, использующие энергию света, тоже появились в воде. Отработка фотосинтеза морскими растениями должна была занять немало времени.

Учтите, до сих пор наземная и морская биомассы различаются по содержанию в их углероде тяжелого изотопа этого элемента С13. В исходном углероде планеты отношение С13 к обычному С12 составляет 0,01124, в углероде морской биомассы — 0,1108, в углероде биомассы на суше — 0,010092. Жизнь производит некий отбор между изотопами, причем со временем этот отбор становится жестче, тяжелого изотопа в живое вещество поступает все меньше. Этот процесс должен был начаться очень давно, ведь уже четыре миллиарда лет назад было достигнуто нынешнее соотношение изотопов углерода в наземной биомассе. О том же говорит изучение изотопного состава биогенного кислорода.

Кислород усваивается организмом в основном в виде двух изотопов — О18 и О16. Причем отношение тяжелого изотопа к обычному в минералах биогенного происхождения со временем, при направлении от прошлого к настоящему, все время увеличивается. Доля тяжелого кислорода больше, например, в современных осадочных карбонатах, чем в палеозойских, а в тех — больше, чем в архейских.

В кислороде же, который с жизнью по происхождению никак не связан, это соотношение изотопов гораздо меньше. Эта отчетливая тенденция опять-таки требует добавки времени к истории Земли — добавки, необходимой для эволюции отношения изотопов от дожизненного уровня к архейскому.

Есть, мне представляется, и другие доводы в пользу такой точки зрения. Удлинение предбиологической эволюции химических молекул и начальной стадии биологической эволюции позволяет снять немалое число труднейших вопросов. Давно известно, как неправдоподобно низка вероятность появления такой случайной комбинации абиогенных органических молекул, которая повела бы к закономерному развитию жизни. В новом варианте хронологии ситуация становится более вероятной.

Естественным выглядело бы и устранение такой нелепости, как замедление со временем темпов эволюции жизни.

Автор: В. Денисенко, кандидат геолого-минеральных наук.