ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ - АБИОГЕНЕЗ

Кембрийский взрыв. Повышение уровня кислорода в древней атмосфере и взрыв жизни в начале кембрия

Рассмотрение истории атмосферной двуокиси углерода привело нас к так называемому "взрыву жизни", которое многие палеонтологи относят к началу кембрия. Беркнер и Маршалл [2] уделили много внимания этому "взрыву", с которым они связывают повышение содержания кислорода до 0,01 современного уровня, когда "жизнь смогла завоевать море".

На самом деле представление о "взрыве жизни" в начале кембрия основано на недоразумении. Начало кембрия не связано со "взрывом жизни" или хотя бы "взрывом животной жизни". Из гл. XII мы знаем, что уже в позднем докембрии существовали богатые и разнообразные фауны. Всюду, где они только могли сохраниться, мы находим их остатки. Так называемый "взрыв жизни" в начале кембрия в действительности не что иное, как "взрыв ископаемых". Просто именно в этот период некоторые группы животных приобрели способность выделять твердые раковины, которые сохраняются в ископаемом виде гораздо лучше, чем мягкие ткани животных. Вначале раковины были фосфатными, а затем появились еще более прочные известковые раковины моллюсков и плеченогих.

Упоминание о "взрыве жизни" в начале кембрия можно, кажется, найти в любом общем учебнике палеонтологии или исторической геологии. В таких руководствах обычно рассматриваются факты, относящиеся, собственно, не к истории жизни, а к истории ископаемых. Как удачно сказал голландский палеонтолог И. ван дер Влерк, внезапное появление с начала кембрия множества ископаемых остатков свидетельствует не о "взрыве жизни", а просто о том, что в это время у животных "вошли в моду" раковины.

Почти одновременное появление способности секретировать раковины у самых разных, не связанных между собой групп животных говорит о каком-то новом факторе среды, появившемся в начале кембрия. Если, как мы говорили в предыдущем разделе, содержание двуокиси углерода падало тогда ниже современного уровня, то должна была возрасти щелочность океанов и озер, а в этих условиях облегчается биохимическое образование фосфатов и карбонатов. Раз появившись, эта способность секретировать фосфаты и карбонаты легко смогла закрепиться и сохраниться и в изменившихся условиях, т. е. при повысившейся в результате последующего роста содержания СО2 кислотности. Современные пресноводные моллюски, обитающие в озерной воде с очень низким содержанием кальция, не только строят известковые раковины, но и защищают эти раковины от растворения толстым слоем рогового вещества - периостракумом.

Подведем итог: так называемый "взрыв жизни" в начале докембрия не что иное, как "взрыв ископаемых". Он не связан с историей атмосферного кислорода и объясняется, видимо, временным снижением содержания двуокиси углерода в течение длительного спокойного периода между гренвиллским и каледонским горообразованиями.

Недавно совершенно иное объяснение внезапному появлению раковин выдвинул Тоув [5]. Он подчеркнул роль синтеза коллагена у древних животных. Коллаген - главный элемент плотной фиброзной соединительной ткани, составляющей опорную основу мышц и органов у всех многоклеточных животных, а также основу раковин и скелетов. Синтез коллагена, этого уникального по строению и свойствам белка, молекула которого представляет собой тройную спираль и состоит из аминокислот глицина, пролина и оксипролина, может идти только в присутствии молекулярного кислорода.

В бедной кислородом атмосфере реакции присоединения кислорода, требующие от клетки больших энергетических затрат, будут прежде всего использоваться не для синтеза коллагена, а для жизненно важных процессов энергетического обмена. Поэтому в условиях бедной кислородом атмосферы коллаген будет синтезироваться только в тех случаях, когда он совершенно необходим организму: скажем, для укрепления целома, мускулатуры, для развития сегментации. Только при повышении содержания кислорода в атмосфере могут появиться раковины, кутикулы и панцири. Конечно, их роль весьма существенна, но все же их нельзя считать органами первостепенной важности, без которых немыслимо само существование животных. Это скорее "физиологическая роскошь".

Итак, по мысли Тоува, "взрыв раковин" в начале кембрия связан не с временным снижением содержания СО2, а с общим повышением содержания кислорода. Вполне возможно, что тут действовали оба фактора.