В. И. Сиротин, Воронежский государственный университет
В серии наших работ затрагивалась проблема возникновения жизни на Земле [1–5]. К. Конди справедливо указывает [6], что никакой другой аспект геологической науки не был предметом столь пристальных исследований, как вопрос о происхождении жизни. Геологи всегда стремились обратить внимание на самые древние породы, свидетельствующие о жизни на Земле [6–10]. В настоящее время в результате изучения Ближнего (Солнечная система), Среднего (наша галактика – Млечный путь) и Дальнего Космоса (вся обозримая Вселенная) [2, 3] наметилось три направления (аспекта), аргументирующих время и место зарождения жизни.
I. Возникновение жизни в результате абиогенеза на Земле Обзор наиболее древних (архейских) пород, содержащих органические соединения, дается в работе М. Кальвина «Химическая эволюция» [9]. По мнению этого автора и в духе работ А. И. Опарина, Дж. Холдейна и Дж. Бернала [6, 10, 11] именно химическая эволюция привела к возникновению живых систем на Земле. Более аргументированного изложения возможного естественного возникновения жизни, пожалуй, до 80-х гг. прошлого века в мировой литературе не было. Показательны в этом отношении структура книги, ее составные части и их расположение:
1. Взгляд из настоящего в прошлое. В разделах этой части рассмотрены наиболее древние отложения, содержащие органические соединения биологического происхождения (отложения Онфервахт, Южная Африка – 3, 7 млрд лет). Любопытно, что на рис. 10 [9] показано (хотя и под вопросом) появление жизни, максимально приближенное к образованию Земли – 4, 2–4, 3 млрд лет (со ссылкой на авторов, детально изучавших отложения Онфервахт). Эту часть автор назвал молекулярной палеонтологией.
2. Взгляд из прошлого в настоящее. В разделах рассматривается собственно химическая эволюция на Земле, которую автор сопровождает современными представлениями об эволюции звезд, в том числе и Солнца, которое он справедливо называет «пожилой» звездой, поскольку в ней содержится несколько больше тяжелых элементов (0, 044 %), чем во Вселенной в целом (0, 011 %), что означает, что Солнце уже пережило несколько взрывов сверхновых, в ходе которых возникали тяжелые элементы, являющиеся теперь основными компонентами Земли. Эта часть © Сиротин В. И., 2010 книги является основ-ВЕСТНИК ВГУ, СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ, 2010, № 1, ЯНВАРЬ–ИЮНЬ 37ной. Она содержит 6 из 11 глав, в которых рассматривается химическая эволюция от предбиологической химии до образования мембранных структур клетки, т. е. до перехода к жизни. Эта традиционная точка зрения о том, что жизнь в ее земном виде возникла на самой Земле, получила название абиогенеза. Альтернативная точка зрения о внеземном происхождении жизни изредка появлялась [10], но в основном представлялась не более чем фантазией.
3. Взгляд из настоящего в будущее. Сам автор считает эту часть менее серьезной, поскольку большинство ученых может иметь собственное мнение, не утруждая себя в том, в какой степени оно подтвердится или не подтвердится в будущем. Одной из заслуг своей книги автор считает отказ от необходимости небесного творца, а также (в связи с космическими исследованиями, включая успешные посадки космических аппаратов на другие планеты), – возможность проведения сравнительного анализа предбиологической стадии жизни, если вдруг она будет обнаружена на других космических объектах Солнечной системы и Космоса.
В 1988 г. вышла в свет уникальная монография Нормана Хоровица «Поиски жизни в Солнечной системе» [12]. Автор участвовал в разработке и осуществлении программы «Викинг», основной задачей которой был поиск следов жизни на Марсе. Достоинство книги в том, что Н. Хоровиц как биолог-генетик в доступной форме объяснил, что жизнь – это сложнейшая сцепленная взаимозависимая самоподдерживающаяся система белков и нуклеиновых кислот, способная к саморепликации и обладающая оптической левовращающейся изометрией (харальностью). Выдающаяся роль в возникновении жизни принадлежит углероду и воде, обладающей уникальными свойствами растворителя. Что касается жизни в Солнечной системе, Н. Хоровиц приходит к неутешительному выводу: «На равнинах Хриса и Утопия, где садились космические аппараты “Викинг”, угасла давняя мечта человечества: мы оказались одиноки в Солнечной системе». Странно, однако, почему автор не заметил для поисков следов жизни ряд объектов Солнечной системы.
В своих работах [2, 3], обобщая данные сравнительной планетологии и земной кислородной изотопии, нами были выделены (имея в виду и возможность возникновения предбиологических систем и жизни) следующие этапы в ранней истории Земли.
1-й: 4, 55–4, 45 млрд лет – этап ранней горячей Земли. Для тектонического стиля Земли были характерны «стада» мелких литосферных плит, плюмовая тектоника, обдукция, сагдукция, тессерообразование, возможно, зарождение литосферных плит и зачатков сиалической коры. Напряженность тектонического стиля Земли усугублялась притяжением в системе Земля – Луна (при любом механизме образования последней: коаккреция, импактная модель, захват). Этап явно не благоприятен для эволюции предбиологических систем и жизни.
2-й: 4, 45–4, 35 млрд лет – этап заметно охлажденной относительно спокойной и теплой Земли характеризовался удалением Луны за пределы Роша, образованием планетарного чехла, включающего земную кору, первичную атмосферу и гидросферу. Учитывая значительные энергетические возможности Земли (в сравнении с Луной), можно предполагать, что анортозитам и «Mg-комплексу» [2, 3, 13], характерному для коры Луны, на Земле соответствовало образование эклогитового и базальтового слоя, а лунной KREEP-ассоциации у рубежа 4, 35 млрд лет – разрастание «пятен сиаля», т. е. произошло завершение магматической кристаллизации. Условия этапа не исключают существование и эволюцию предбиологических систем. 3-й: 4, 35–4, 20 млрд лет. Характерно двухуровенное перемешивание вещества: с одной стороны, характерно появляются «горячие глубинные точки» с подъемом вещества от границы «ядро – мантия»; с другой стороны, возникает мелкоячейковая надастеносферная дифференциация с появлением зон спрединга и зачаточных зон субдукции. Такой взгляд на историю этого этапа не является единственным. Так, сторонники постоянного равномерного (хотя и несколько убывающего) поступления вещества метеоритов допускают, что он не был спокойным и что за этот этап могло поступить метеоритно-кометного вещества, сравнимое даже с массой земной коры, что именно это вещество значительно пополнило и массу летучих на Земле (вода, органические соединения, газы) и явилось причиной льда у полюсов Луны и Меркурия. Однако данные по планетам земной группы (кроме, может быть, Венеры) противоречат такому выводу [2, 3, 13].
4-й: 4, 20–3, 80 млрд лет – этап интенсивной астероидно-метеоритной бомбардировки; возрастные рамки этапа определены по аналогии с «лунной стратиграфией»: 4, 20 млрд лет – возраст древнего ударного бассейна Нектарис; 3, 80 млрд лет – возраст самых молодых ударных бассейнов и кратеров Луны, бассейна Калорис на Меркурии [2, 13, 14]. Следует иметь в виду, что «тяжелая бомбардировка» осуществлялась уже в условиях сформировавшегося планетарного чехла, включающего атмосферу, значительные объемы гидросферы (океаны), первичную массу осадочных пород, сиалическую оболочку, а возможно, и зачатки биосферы. Земля – это пока единственная планета, в ранней истории которой сформировались активный плитный тектонизм, океаны, литогенез и жизнь. Есть все основания считать, что все эти важнейшие атрибуты Земли тесно взаимосвязаны в ее истории [14] и предбиологическая стадия в этих условиях могла не только не погибнуть, но даже приобрести прогрессивные черты развития [2, 3].
В дальнейшем после 3, 8 млрд лет космического материала поступает все меньше, хотя в первые 0, 5 млрд лет (до рубежа около 3, 3 млрд лет) его еще в несколько раз больше от современного уровня поступления метеоритов. За последние 4, 0 млрд лет на Землю поступило метеоритного вещества общим объемом, способным сформировать на поверхности Земли слой мощностью не более 0, 5 м [15]. Для течения крупномасштабных планетарных геодинамических процессов этим потоком вещества можно пренебречь. Однако учитывая его неравномерное поступление в виде крупных тел, в отдельных случаях он оказывал серьезное влияние на атмосферу, гидросферу и биосферу, вызывая биосферные катастрофы («космические» астероиднометеоритные удары в начале кембрия и на границе мезозоя и кайнозоя).
С конденсацией воды началось зарождение примитивного литогенеза. Трудно представить характер осадков, но можно предположить, что он определялся интенсивным выветриванием под влиянием горячих кислотных дождей. Можно предположить также, что формировались свободные оксиды кремния, алюминия (глинозем), кальцит, магнезит, пирит, соли щелочных металлов с галогенами, серой, азотом и бором; не было только в продуктах выветривания оксидов и гидроксидов железа из-за восстановительного характера атмосферы. Именно эту стадию имели в виду Р. Гаррелс и Ф. Маккензи, когда отмечали, что реактивность системы рождающегося океана и атмосферы была «устрашающей» [16]. Температура поверхности была значительно выше – 100 °С (по Р. Гаррелсу и Ф. Маккензи – до 600 °С), а начавшееся образование гидросферы с рубежа 4, 404 млрд лет приводило к таким соотношениям: на 1 моль воды образовывалось 1моль НCl и 0, 5 моль СО2. Процесс аккумуляции воды в виде пара в атмосфере не мог быть длительным, поскольку, по заключению современных космохимиков, «вода в атмосфере планет не жилец» (достаточно вспомнить печальный пример безводной Венеры). Раннее зарождение гидросферы и литогенеза – важнейшие события ранней истории Земли, определившие стиль ее дальнейшей эволюции, заложившие основу для возникновения и эволюции жизни.
По мере остывания поверхности Земли конденсация воды усиливалась, появлялись признаки климатической зональности, поэтому есть основание считать, что образование первозданных океанов начиналась в высоких широтах, близ полюсов, где вода аккумулировалась в мелких депрессиях и становилась соленой, выщелачивая растворимые соли галоидов, сульфатов, карбонатов и нитратов, боратов и др. Автор является сторонником значительного (до 80–90 %), если не максимального формирования гидросферы Земли по объему к концу первого и в течение второго этапа. Ряд зарубежных исследователей [14 и др.] также полагают, что уже к рубежу 4, 0 млрд лет назад объем морской воды увеличился до современной величины в 1, 42 Ч 1024 см3, что привело к образованию обширного океана с воздымающимися вулканическими образованиями с большей их концентрацией в экваториальном поясе.