Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ (1119274), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Такие высокоэнергетические и низкоэнтропийныереакции могут протекать, например, с участием аденозинтрифосфата (АТФ), а синтезАТФ вполне мог происходить на ранних стадиях развития Земли. При этом дляобразования АТФ вначале необходимо синтезировать основание аденин – продуктполимеризации синильной кислоты HCN, и рибозу – продукт полимеризацииформальдегида HCOH. Таким образом, согласно Э.М.
Галимову синтезаденозинтрифосфата представляется необходимой предпосылкой зарождения и развитияэволюционного процесса развития жизни на Земле.Но в нашей модели образование исходных продуктов синтеза АТФ моглопроисходить самым естественным путем. Действительно, в самом начале архея, как мыпоказали в гл. 4, бóльшая часть поверхности Земли еще была сложена первозданныммелкопористым реголитом, содержавшем до 13 % свободного (металлического) железа.После начала дегазации Земли около 4-х млрд лет назад, прошли и первые дожди,пропитавшие этот реголит водой с растворенным в ней углекислым газом. В результате,как следует из реакции (10.6), произошла обильная генерация метана4Fe + 2H2O + CO2 → 4FeO + CH4 + 41,8 ккал/моль.(12.1)Метан переходил в атмосферу, в результате молодая атмосфера стала резковосстановительной и азотно-углекислотно-метановой по составу.Аналогичным путем возникал и формальдегид2Fe + H2O + CO2 → 2FeO + HCOH + 3,05 ккал/моль.(12.2)При этом формальдегид оставался растворенным в воде, пропитывавшей реголит, ивымывался из него дождевыми водами в только что образовавшиеся и еще мелкиеморские бассейны, а метан поступал в атмосферу, предавая ей строго восстановительныйхарактер.
Но в богатой метаном восстановительной атмосфере раннего архея уже моглопроисходить образование цианистого водорода, например, благодаря грозовым разрядамN2 + 2CH4 + Q → 2HCN + 3H2,(12.3)349где Q – поглощаемая реакцией (12.3) часть энергии грозовых разрядов.Таким образом, в самом начале архея на Земле действительно сложились условия,благоприятные для возникновения исходных химических составов, пригодных длядальнейшего синтеза более сложных органических веществ и предбиологическихсоединений. Этому способствовало и присутствие в реголите активных катализаторов –переходных металлов Fe, Cr, Co, Ni, Pt и др. Возникшие к этому времени в грунтенаиболее простые ассоциации сложных органических молекул или примитивные, но ужесодержащие рибонуклеиновые кислоты, образования могли затем перемещаться в водумолодых морских бассейнов раннего архея.По мере дегазации Земли и развития атмосферы, ее восстановительный потенциалпостепенно снижался благодаря фотодиссоциации СН4СН4 + СО2 + hν → 2HCOH,(12.4)поэтому уже через некоторое время атмосфера стала почти чисто углекислотно-азотнойлишь с небольшой примесью метана, постоянно генерировавшегося по реакциям, типа(12.1) или (10.6).
Однако, эта примесь метана, по-видимому, могла играть существеннуюрольвпитаниипримитивныхархейскихмикроорганизмов.Дальнейшеесовершенствованиежизнидолжнобылопроисходитьужеблагодарявысокоэнергетическим, но низкоэнтропийным реакциям (Галимов, 2001) и побиологическим законам развития живой материи, под влиянием направленного давления и“фильтрующих” свойств внешней среды, а потом – и конкурентной борьбы.В результате еще в раннем архее, вероятно, появились наиболее примитивныевирусы и одноклеточные организмы – прокариоты, уже ограниченные от внешней средызащитными полупроницаемыми мембранами, но еще не обладавшие обособленным ядром.По-видимому, тогда же появились и фотосинтезирующиеодноклеточныемикроорганизмы (типа цианобактерий), способные окислять железо.
Об этом, в частности,говорит распространенность в отложениях раннего архея возрастом около 3,75 млрд летжелезорудных формаций, сложенных окислами трехвалентного железа (например,формации Исуа в Западной Гренландии).12.3. Влияние глобальных геологических процессов на развитие жизни иглавные геолого-биологические рубежи в истории ЗемлиУровень наших знаний геологической летописи Земли и теоретическихпредставлений о природе и развитии планетарных геодинамических процессов таковы,что позволяют уже сегодня построить адекватную физическую модель эволюции Земли иобъяснить в ее рамках основные рубежи развития земной жизни.
В основу такой моделимы положили описанную в данной книге концепцию “Глобальной эволюции Земли”.Как было показано в разделе 6.7, геологическая история Земли делится на четырекрупных этапа. Первый этап – скрыто тектонический (криптотектонический), иликатархей (4,6–4,0 млрд лет назад). Во второй этап развития Земли по механизмамгеодинамики раннего докембрия входит только архей (4,0–2,6 млрд лет назад).
На третьемэтапе, включающем в себя протерозой и фанерозой (2,6–0,0 млрд лет назад плюс ещеоколо 1,5 млрд лет в будущем), Земля развивается по законам тектоники литосферныхплит. Последний, четвертый этап развития Земли, определяется ее тектоническойсмертью (приблизительно через 1,5 млрд лет в будущем). При рассмотрении влияниягеологической эволюции Земли на развитие жизни нас интересуют только первые триэтапа, поскольку приблизительно через 600 млн лет в будущем должна начаться дегазацияиз мантии эндогенного кислорода, освобождающегося при образовании “ядерного”вещества из еще сохранившихся в мантии, но предельно окисленных соединений железа.Этот процесс должен привести к сильнейшему парниковому эффекту и гибели всегоживого на Земле (см. раздел 10.6).Важнейшим фактором, обеспечивающим само существование жизни на Земле,безусловно, является среда обитания живых организмов, и прежде всего океаны и350атмосфера, происхождение и развитие которых было связано с процессами дегазациипланеты (см.
гл. 9 и 10). Начавшаяся на рубеже катархея и архея дегазация Земли, как мыуже неоднократно отмечали, привела к образованию в архее относительно плотнойуглекислотно-азотной атмосферы. В архее же появились вулканы, дифференцированныемагматические породы и возникли первые изолированные мелководные морскиебассейны, соединившиеся к середине архея в единый, но еще мелководный океан.Благодаря высокому атмосферному давлению (от 2 до 6 атм) средние температурыокеанических вод, как и приземных слоев тропосферы, в архее поднялись до +30…+50 °С,а из-за углекислотного состава атмосферы, воды океанов характеризовались кислойреакцией (pH ≈ 3–5).Первый этап развития земной жизни пока полностью не ясен. Однако, начинаясо времени 3,6–3,5 млрд лет назад уже известны строматолитовые отложения.
Так, в серииОнвервахт Южной Африки (3,5–3,3 млрд лет) строматолиты имеют кремневый состав ислагают небольшие по мощности и протяженности слои, залегающие среди пластовкремней в вулканогенных породах зеленокаменного пояса (Семихатов и др., 1999). Всередине архея земная жизнь уже характеризовалась несколько бóльшим разнообразием и,вероятно, полным господством термофильных прокариотных форм, в основномархиабактерий с халькофильной и сидерофильной специализацией. Вероятнее всегоисточниками энергии этим примитивным формам жизни тогда служили хемогенныереакции типа тех, которые в настоящее время используются термофильными бактериямив горячих гидротермах (“черных курильщиках”) срединно-океанических хребтов, а такжедругие анаэробные хемогенные реакции.В связи с тем, что в архейской конвектирующей мантии над зонамидифференциации земного вещества концентрация свободного железа была пониженной(см.
рис. 4.10), в архейской атмосфере в небольших количествах мог присутствовать икислород. Кислород тогда освобождался благодаря фотодиссоциации паров воды жесткимизлучением Солнца и жизнедеятельности цианобактерий, которые в то время ужепоявились, поскольку в архее встречаются строматолиты.В середине архея, около 3,1 млрд лет назад, масса воды в гидросфере Землиувеличилась так, что отдельные морские бассейны стали сливаться друг с другом вединый Мировой океан и его поверхность тогда же перекрыла гребни срединноокеанических хребтов (см.
рис. 9.5). В результате несколько активизировались процессыгидратации океанической коры и увеличилась поставка в океаническую кору карбонатовкальция. В свою очередь, это должно было привести в конце архея к заметномуувеличению отложений карбонатных осадков (например, мраморов и кальцифировСлюдянской серии в Забайкалье), а также строматолитовых отложений в зеленокаменныхпоясах того времени, хотя их доля в вулканогенных образованиях таких поясов попрежнему оставалась незначительной (Семихатов и др., 1999).Второй радикальный геолого-биологический рубеж был связан с выделениемземного ядра и резким снижением тектонической активности Земли на рубеже архея ипротерозоя (около 2,6 млрд лет назад). Именно тогда в океанической коре впервые возниксерпентинитовый слой (см.
рис. 9.2) − главный и постоянно обновляемый резервуарсвязанной воды в земной коре. Известно, что гидратация ультраосновных породсопровождается поглощением углекислого газа и связыванием его по реакциям (10.1) и(10.2) в карбонатах. Этим следует объяснять сравнительно быстрое удаление изатмосферы углекислого газа и падение общего атмосферного давления с 6 атм итемператур с +50…+60 °С в архее приблизительно до 1 атм и +6… +7 °С в начале раннегопротерозоя (см. рис. 10.6 и 10.16), что привело к резкому похолоданию климата ивозникновению (около 2,5 млрд лет назад) первого в истории Земли ледникового периода.Однако надо учитывать, что в конце архея и начале протерозоя в мантию Земли изцентральных областей поднялось много первичного вещества (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
