Архей и протерозой: древнейшие эры жизни⁠⁠

Внимая интересу читателей, законспектировал одну из своих видеопередач "Эволюция". К сожалению, ноутбук, на котором хранились тексты к роликам, безнадёжно сломался, поэтому пришлось потратить время. Поговорим о том, что происходило на Земле в самые древние, из известных палеонтологам, эпохи.

Период развития жизни на Земле с архея по протерозой (до вендского периода протерозойской эры), как правило, упоминается в обзорах вскользь, однако именно на этот период приходятся основные ароморфозы (адаптации, повышающие общий уровень организации живых организмов). В этой заметке рассмотрим промежуток времени: 4 млрд. лет назад - 635 млн. лет назад (до начала вендского периода, о котором - моя предыдущая статья).

Что за мир представляла собой планета Земля в архейскую эру? Нет ещё ни глубоких впадин, ни высоких гор. Рельеф - относительно ровный. Мировой океан - мелкий, представляет собой крепкий и кислый солевой раствор. Атмосфера - парогазовая (углекислый газ, аммиак, метан и сероводород), отчего на Земле царил сумрак. Углекислый газ и метан - парниковые газы, поэтому стояла сильная жара. Сероводород имеет запах тухлых яиц. Океан населяли организмы, являющиеся прокариотами (одноклеточные организмы без ядра в клетке), гетеротрофами (не умели производить органическое вещество из неорганического самостоятельно, как растения, но вынужденные питаться органическим веществом, как животные) и анаэробами (высвобождали энергию из органики не за счёт кислородного дыхания, а за счёт гниения и брожения). Речь идёт о мире, населённом бактериями. Проще говоря, гнил и бродил тот самый первичный бульон, в котором зародилась жизнь. Можете себе представить, какой смрад царил в этом царстве Аида.

В этом мире ещё нет полового размножения, отчего скорость эволюционных процессов низка: нет перекомбинации генотипов. Не применимы к этому миру понятия старения и естественной смерти. Зато широко распространён горизонтальный перенос генов, о котором я писал ранее. Это тот механизм, который, будучи воспроизведённым искусственно, используется при производстве генномодифицированных организмов. Таксономически далёкие друг от друга группы бактерий обменивались генами, и в этом смысле биосфера в целом была много более едина, чем сейчас.

Поговорим теперь об архейских ароморфозах. В первую очередь это - возникновение автотрофности (способности производить органическое вещество из неорганического). Первые автотрофы, вероятно, были хемосинтетиками, т.е. извлекали энергию не из солнечного света, как растения, а путём окисления неорганических соединений, как глубоководные сообщества чёрных курильщиков в наши дни. Следующий этап - возникновение бесхлорофилльного фотосинтеза (без поглощения углекислого газа). Далее появляется аноксигенный (без выделения кислорода) хлорофилльный фотосинтез. И, наконец, возникают синезелёные водоросли (цианобактерии) - то, чем обычно цветёт в августе-сентябре, к примеру, Волга, и вместе  сними - оксигенный фотосинтез.

Здесь мы подходим к важному моменту. Кислород для архейской биоты - смертельный яд, и оксифильные организмы ютились в этом мире изолированными островками-оазисами. Палеонтологам хорошо известны строматолиты - останки цианобактериальных матов того периода.

Так выглядят современные строматолиты в Австралии.

Считается, что в архее появляется кислородное дыхание, более прогрессивное и эффективное, в сравнении с бескислородным. Дышащие кислородом организмы жили на цианобактериальных матах - островки современного мира в могильной атмосфере первобытной Земли.

2,5 млрд. лет назад завершается архей и начинается протерозой. Начало протерозоя знаменует т.н. кислородная катастрофа (или революция, кому как нравится называть): кислорода в атмосфере становится много, количество переходит в новое качество, и кислородный мир вырывается из оазисов наружу, загоняя архейский мир в эдакие заповедники, какие вы можете встретить на кладбище. Вам не померещилось: на кладбище. Умирая, для прокариотической биоты, человек становится тем самым набором аминокислот, который представлял собой первичный бульон. Труп, в котором происходят процессы бескислородного гниения и выделяется тепло представляет собой вполне себе заповедник-оазис архейского мира. В этом - суть кислородного переворота, смены архейской биосферы на протерозойскую. Так или иначе, большая часть архейской биоты погибает, будучи отравленной кислородом.

Что там говорить: фотосинтетики, по всей видимости, и возникли оттого, что перегнил первичный бульон, и первобытным организмам перестало хватать пищи. Начинают окисляться парниковые газы. Когда парниковые газы исчезают, планету Земля сковывает лёд.

Начинается гуронское оледенение, самое продолжительное в истории планеты. 2,4 млрд. - 2,1 млрд. лет назад. Есть такое понятие: Земля-снежок.

Трудно сказать, как выживали первобытные организмы в тот период. Быть может, "проруби" на экваторе, но осадки указывают на ледниковые отложения, относящиеся к экватору, т.е. экватор также был скован льдом. Либо споры переживали оледенение длительное время, как в Антарктиде.

Так или иначе, вместе с продолжающейся вулканической активностью и накоплением парниковых газов, лёд в дальнейшем оттаивает. С проснувшейся деятельностью фотосинтетиков ледниковый период возвращается. Этот адский маятник продолжает сотрясать биосферу до самого конца протерозоя, пока не накопилось достаточно углекислого газа, чтобы наш мир оттаял и стал тем, чем является теперь. Так, через систему кризисов, пробивал себе дорогу привычный нам кислородный мир.

Наконец, в эту эру возникает озоновый экран, задерживающий ультрафиолетовые лучи и создающий предпосылки для выхода жизни на сушу.

Важнейшие ароморфозы протерозоя: 1. Возникновение путём симбиогинеза эукариот: такие органоиды клетки, как хлоропласты и митохондрии когда-то были бактериями, живущими в симбиозе с протоэукариотической клеткой (предположительно - археи), но впоследствии потеряли самостоятельность (см. мою другую статью)  2. Возникновение полового размножения, что многократно ускоряет эволюцию, и, вероятно, вместе с этим теряет значение горизонтальный перенос генов.  3. Возникновение многоклеточности, причём чёткую грань между колониальными организмами и многоклеточными вряд ли можно обнаружить, и нечто, напоминающее зачатки многоклеточности, наблюдается даже у цианобактерий (прокариотов).

Вместе с половым размножением и многоклеточностью в мир приходит старение и естественная смерть: с т.зр. эволюции главное - передать гены потомству, а не развитие механизмов регенерации отдельного индивидуума.

Происходит разделение на царство растений и царство животных. Обе ветви берут начало от жгутиконосцев. Вспомните эвглену, которая днём питается как растение, а ночью - как животное.

В качестве примера древнейших многоклеточных можно привести найденные в Габоне окаменелые останки червеобразных организмов до 12 см. длиной; датировка - 2,1 млрд. лет.

Grypania spiralis - нитчатая водоросль, жившая 1,9 млрд. лет назад (железистые конкреции Мичигана).

Таким образом, основные черты современного органического мира сформировались ещё до вендского периода.

Тюлин Д.Ю., кандидат биологических наук