ЖИЗНЬ ВОЗНИКАЕТ КАК СООБЩЕСТВО

Геохимическая гипотеза не противоречит палеонтологическим данным, согласно которым с самого начала жизнь была представлена в виде сообществ (ценозов). Эти «первые» в истории жизни (био) ценозы представляли собой не набор организмов, а систему (био)химических реакций. Природу указанных реакций в наши дни охарактеризовать нельзя. Первый шаг биопоэза (биогенеза), таким образом, состоял в возникновении метаболизма («доорганизменный» этап). Средой формирования первичного метаболизма, включавшегося в геохимические (неорганические) круговороты, мог быть водный гель.

Организмы как обособленные единицы жизни появились лишь на определенной стадии биопоэза (биогенеза). Найденные биохимические следы жизни (3,85 млрд лет, Гренландия) на 400 млн лет старше, чем следы самых древних клеток (3,4-3,5 млрд лет, Австралия и Южная Африка). На пути от первых ценозов к примитивным организмам оформилось такое неотъемлемое свойство жизни, как наследственность. Первичным материальным субстратом этого свойства считают не ДНК,

а РНК.

Примером простейших сообществ, сохраняющихся поныне, служат гидротермы (гидротермали), находящиеся на значительных глубинах в зонах выброса горячих газов, растворов и взвесей из разломов океанического дна — «черные и белые курильщики». В устьях гидро-

терм обнаружены прокариотические биоценозы из литотрофных (в переводе с греческого — «камнееды», хотя пищей им служат газы — водород, углекислый газ и др.; предпочтителен перевод — «питающиеся неорганикой») бактерий из наиболее древней по времени появления на Земле группы архебактерий (Archaea). Они, восстанавливая углекислый газ и серу, окисляя водород, выделяя метан и сероводород, создают запас энергии. Последняя используется в реакциях хемосинтеза, органическим продуктом которого может быть глюкоза. Часть органики потребляется членами гидротермальных биоценозов, другая — выносится из зоны гидротермали в воду с приемлемой для живых форм температурой и растворенным в ней кислородом. Геохимическая функция описанных литотрофных бактерий состоит в том, что они, образуя из неорганики земных недр органику и выполняя, таким образом, роль истинных первичных продуцентов, включают в биологические круговороты основные химические элементы — серу, азот, углерод и водород. Так как не вся производимая в гидротермалях органика утилизируется на месте, круговорот оказывается незамкнутым. Известно, что описанные литотрофы и продукты их жизнедеятельности служат пищей массе организмов, среди которых есть и крупные беспозвоночные, например, головоногие моллюски. Эти организмы завершают утилизацию, возвращая планетарным круговоротам химические элементы.

Сходными событиями был, видимо, отмечен в истории Земли переход от геохимических к биогеохимическим круговоротам. Ценозы литотрофных архебактерий как первичных продуцентов органики формировали базу для более сложной и разнообразной жизни. Следующий шаг мог состоять в появлении аэробных гетеротрофных прокариот, окисляющих выбрасываемую из зоны гидротермалей органику до углекислого газа и воды, тем самым замыкая теперь уже биогеохимические круговороты.

На реликтовую природу гидротермальных сообществ указывают, с одной стороны, принадлежность их членов к группе архебактерий, а с другой — условия существования. Оптимум роста литотрофов — 110 °С (так как в океанических глубинах давление достигает колоссальных величин, точка кипения воды сдвигается на десятки и сотни градусов — принцип скороварки). Во времена зарождения жизни мировой океан был представлен кислым кипятком и под большим давлением дули метановые и аммиачные ветры.

Примером происхождения земной жизни по геохимическому сценарию, причем сразу в виде сообществ, являются цианобактериальные

маты, обнаруживаемые на мелководье в пересоленных лагунах (Сиваш в Крыму, оз. Балхаш в Казахстане). Мат (в переводе с греческого — «каменный ковер») — это сообщество прокариотических организмов, обитающих на небольших по размерам рифовых структурах (строматолиты). Такие сообщества присутствуют в современной биоте Земли, но их следы находят также в докембрийских (более 540 млн лет назад) осадочных породах. В структуре мата выделяют верхний слой или поверхность роста, который заселен, с одной стороны, автотро-фами — производящими кислород фотосинтезирующими цианобак-териями, а с другой — гетеротрофными бактериями — облигатными (обязательными, строгими) аэробами. Одна группа микроорганизмов следующего слоя или подкладки — это автотрофы, которые, используя в качестве источника водорода не воду, а, например, сероводород, осуществляют бескислородный фотосинтез. Вторая группа образована микроорганизмами — факультативными аэробами и гетеротрофами. Ниже поверхности роста и подкладки находится слой, заселенный детритояд-ными анаэробами. Цианобактериальный мат, таким образом, является сообществом прокариот со сложной трофической структурой. Два верхних слоя — это продуценты и консументы первого порядка (аналоги, соответственно, «растений» и «травоядных»), соединенные в цепь пастбищного типа. Третий слой — это редуценты («падальщики»), которые получают органику из верхних слоев по детритной цепи. В сравнении с гидротермальным биоценозом, он характеризуется замкнутыми круговоротами кислорода и органических веществ.

В приведенных примерах один из предполагаемых аналогов раннего биогенеза (гидротермы) размещается в океанических глубинах, тогда как второй (цианобактериальные маты) — это высыхающие лужи. С учетом условий, характеризовавших планету несколько миллиардов лет назад, здесь нет противоречия. Атмосфера Земли того времени, состоявшая, в том числе, из углекислого газа, создавала гораздо более высокое давление (такое, как сейчас на Венере), а гребни океанических хребтов с разломами нередко поднимались над поверхностью тогда неглубокого горячего океана, богатого отмелями.

Причисление живых форм к самоорганизующимся системам, отвечающим правилам, распространяющимся на природу в целом, позволяет увидеть механизм естественного перехода от неживого к живому — через эволюцию и коэволюцию автокаталитических геохимических гиперциклов с включением в них биогеохимических сегментов (за счет активности древнейших прокариотических сообществ,

аналогичных цианобактериальным матам или литотрофным ценозам «курильщиков» современности).

Палеонтологический факт состоит в том, что в раннекембрийских отложениях (возраст 540 млн лет или 1/7 длительности существования земной жизни) обнаруживаются ископаемые представители почти всех подразделений и типов современного животного мира, включая хордовых. Это означает, что в предшествующие эры, объединяемые в докембрий, нашли решение все принципиальные задачи вещественно-энергетического, информационного и структурно-функционального обеспечения жизни. При этом был создан высочайший эволюционный и экологический потенциал. Гиперциклы на основе углеродсодержащих высокомолекулярных соединений (нуклеиновая кислота-полипептид), матричный синтез и естественный отбор среди самовоспроизводящихся с «информационным шумом» (мутации) структур как геохимическая сила возникли с первыми водоемами — 4,0-3,8 млрд лет назад. Переход от геохимических к биогеохимическим круговоротам, оформление первых экосистем и первичной биосферы датируют временем в 3,1 млрд лет назад. Это был прокариотный мир, уже освоивший «традиционные» пути энергообеспечения жизненных процессов (анаэробный и аэробный, брожение, фото- и хемосинтезы) и типы питания (автотрофность, гетеротрофность, детритофагия). В биоинформационной области стабилизировалась величина «информационного шума» (10-5-10-7 мутаций на локус ДНК за поколение). Тогда же сложились, по-видимому, механизмы коррекции ошибок в молекулах ДНК.

Оцените статью
yamedik
Добавить комментарий