?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Share Flag Next Entry
Первая жизнь
caenogenesis


Когда на Земле появилась жизнь? Самый распространенный ответ: древнейшие предполагаемые остатки живых организмов найдены в Гренландии, в горных породах зеленокаменной формации Исуа, имеющих возраст 3,8 миллиарда лет. Значит, к этому времени жизнь уже точно была. Правда, неизвестно, какая. И вот тут кроется первая проблема. Найденные в Исуа остатки не сохранили никаких следов структуры живых клеток — это зерна чистого углерода, и вывод о том, что они когда-то были живыми существами, сделан только по составу этого углерода.
Здесь надо немного поговорить о том, какими бывают атомы. Главный параметр любого атома - это число протонов, или атомный номер (Z). Только от него зависит, к какому химическому элементу атом относится. Однако в ядре атома есть не только протоны, но и нейтроны. Суммарное количество протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом (A). И вот оно у атомов одного и того же элемента может отличаться. Например, любой атом, в ядре которого 6 протонов, будет атомом углерода. Но есть несколько типов атомов углерода, например с шестью нейтронами в ядре (12C) или с семью нейтронами в ядре (13C). Атомы, имеющие одинаковый атомный номер, но разное массовое число, называются изотопами.
Углекислый газ (CO2) может включать в себя как атом 12C, так и атом 13C. Но вот фермент, связывающий углекислый газ для фотосинтеза, гораздо охотнее захватывает молекулы CO2 с углеродом 12C - просто потому, что они более легкие. Так происходит разделение изотопов. Соответственно, живые организмы, прямо или опосредованно питающиеся продуктами фотосинтеза - то есть почти все живые организмы на Земле - имеют смещенное по сравнению с атмосферным CO2 соотношение изотопов углерода: "легкого" углерода в них намного больше, чем "тяжелого". А это означает, что, найдя чистый углерод, можно по соотношению 12C/13C определить, является ли этот углерод биогенным, то есть входил он когда-нибудь в состав живых организмов.
Но что, если при переплавлении горных пород включился какой-нибудь другой, чисто физический механизм разделения изотопов углерода? Это возможно, и некоторые ученые считают, что с породами Исуа так и было (Fedo, Whitehouse, 2002). Тогда "следы самой древней жизни" исчезают. Нельзя сказать, что эта тема закрыта, но статус пород Исуа сейчас определенно под сомнением. Печальнее всего, что биология тут и сделать ничего не может - решающее слово принадлежит геологии и изотопной химии. Биогенное происхождение углерода из Исуа не исключено, оно просто спорно.
С другой стороны, зеленокаменная формация Исуа - не предел. Недавно вышла статья, в которой предполагается биогенное происхождение углерода возрастом 4,1 миллиард лет (Bell et al., 2015). Это совершенно поразительно, потому что для настолько древних времен неизвестны никакие полноценные горные породы - только зерна минерала циркона, захороненные в более поздних отложениях. Вот в составе этих цирконовых зерен геологи и нашли углерод со смещенным изотопным соотношением, типичным для живых систем. По оценке авторов, другие пути разделения изотопов в данном случае маловероятны, так что это могут быть следы жизни - невообразимо древней жизни! Форма этой жизни в любом случае остается загадкой, ведь в изученных образцах налицо только химический сигнал.
Между тем первые живые организмы могли сильно отличаться от современных - причем под современностью в данном случае понимаются примерно последние три с лишним миллиарда лет. Например, молекулярные данные свидетельствуют, что у общего предка всех клеточных организмов системы транскрипции и трансляции были намного более простыми, чем у современных клеток, а системы репликации ДНК не было совсем (Woese, 2002). ДНК-полимеразы бактерий не имеют почти ничего общего с ДНК-полимеразами архей и эукариот; скорее всего это означает, что весь механизм репликации ДНК возник минимум дважды - в ветви бактерий и в ветви архей, от которых произошли эукариоты. Получается, что у их общего предка геном был РНКовым.
Кроме того, этот общий предок вполне мог еще не достичь дарвиновского порога - момента, когда интенсивность привычной нам вертикальной передачи генов (от предков к потомкам) начала существенно превышать интенсивность горизонтального переноса генов (между соседними генетическими системами независимо от родства). Понятие "дарвиновский порог" ввел Карл Вёзе (Carl Richard Woese), тот самый великий биолог, который открыл архей и разделил клеточные организмы на три домена. Нам сейчас трудно представить, как выглядела жизнь по ту сторону дарвиновского порога, но ясно, что организмы были предельно изменчивы - никаких устойчивых видов в тех условиях существовать не могло.
Самые древние более-менее достоверно определимые остатки живых клеток имеют возраст 3,4 миллиарда лет (Wacey, 2011). Это уже типичные прокариоты, скорее всего входящие в дожившую до современности группу сульфатредуцирующих бактерий. На этой отметке заканчивается туманная повесть о происхождении жизни и начинается ее собственная история.


  • 1
Во-первых, _большинство_ вариантов фотосинтеза - бескислородные.
Во-вторых, до кислородной революции оставалось еще полтора миллиарда лет.

UPD. Кислородный фотосинтез имеет одно большое преимущество - совершенно неограниченный запас исходного реагента, и один большой недостаток - высокую токсичность побочного продукта. Переход на него случился только тогда, когда исходные реагенты для других типов фотосинтеза стали заканчиваться; пока их было сколько угодно, кислородный фотосинтез никакого серьезного превосходства не давал. Насколько я знаю, геохимические данные вполне подтверждают это соображение.

Edited at 2016-06-28 03:29 pm (UTC)

Токсичность побочного продукта - это, на самом деле, серьезное преимущество. Современные микробы и грибы ради такого дела специально антибиотики синтезируют, а тут можно всех соседей потравить на халяву. Да еще круче и неизбирательнее, чем любым антибиотиком.

Первым делом надо самому не потравиться...

Ну да. Но как только он этому каким-то образом научился (не травиться собственным кислородом) - ...

  • 1