Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Живые организмы, обитающие сегодня на Земле, составляют всего 0,1 % от всех когда-либо существовавших на нашей планете форм жизни[299]. Иными словами, из каждой тысячи видов, живших на Земле, в наши дни сохранился лишь один; по меньшей мере 99,9 % видов вымерли. Живые организмы, во всех их многообразных формах, чрезвычайно менялись на протяжении геологического времени, о чем свидетельствуют ископаемые остатки в летописи горных пород. Как обсуждалось ранее, положение этих ископаемых помогло геологам определить последовательность периодов геологического времени. Первые геологи и стратиграфы, особенно Чарлз Лайель и Уильям Смит (см. главу 1), поняли, что ископаемые, заключенные в слоях горных пород, изменяются от более простых форм к более сложным. Как мы видели, эти наблюдения привели к формулировке принципа последовательности ископаемых и фауны (в котором фиксируется, как организмы меняются со временем). Так необычно была выражена идея о том, что конкретные ископаемые встречаются в конкретных слоях горных пород и значительно отличаются от тех, что наблюдаются в породах, стратиграфически расположенных ниже или выше. Принцип последовательности фауны сформировал основу для шкалы геологического времени задолго до появления радиометрических методов датирования горных пород, позволяющих точно определить возраст, как обсуждалось в главе 3. Последовательность фауны позволяет геологам сопоставлять пласты во времени и пространстве. Как бы то ни было, это не означает, что существует прямая линия, идущая от простых форм жизни к более сложным. Более подходящая аналогия – это большое дерево, или даже виноградная лоза, со множеством больших и малых ветвей и листьев. Некоторые ветви древа, или лозы, жизни не сохранились: они вымерли.

Геологи обнаружили признаки первых живых организмов, хотя и косвенные, на северо-востоке Канады рядом с Квебеком в породах возрастом 3,95 млрд лет. Там отложения графита, минерала, состоящего из чистого углерода и найденного в метаморфических породах, имели изотопный след, указывающий на то, что углерод произведен живыми организмами[300]. Другие начальные формы жизни, экстремофилы, – некоторые из них были одноклеточными, – возможно, были первыми живыми организмами на планете и появились на глубине в районе срединно-океанических хребтов. Этим организмам, по-видимому, не требовался кислород, и они были способны адаптироваться к суровым условиям среды[301].

Первые убедительные доказательства жизни в виде окаменелостей, обнаруженные геологами, относятся к периоду 3,7–3,4 млрд лет назад и представляют собой одноклеточные организмы, похожие на современных цианобактерий. Палеонтологи считают, что сначала эти бактерии, вероятно, вели одиночный образ жизни, а потом, в процессе эволюции, стали образовывать колонии, создавая холмообразные структуры, которые называются строматолитами (рис. 7.1, вверху). Строматолиты существуют на Земле и по сей день в Мексике, Чили, Бразилии, на западном побережье Австралии, а также у берегов Флориды рядом с Багамскими островами и состоят из карбонатного (богатого карбонатом кальция) материала и захваченного ила. Важнейшая особенность этих бактерий заключалась в том, что они были фотосинтезирующими, использующими энергию Солнца для производства питательных веществ. Поэтому огромное значение имело то, что в ходе фотосинтеза они поглощали углекислый газ и выделяли кислород. Этот процесс имел фундаментальное значение для химии океанов в позднем архее и раннем протерозое и в конечном итоге для атмосферы Земли. «Кислородная революция», или «Великое окисление» (обсуждается дальше в главе 8), происходила на протяжении почти миллиарда лет. Насыщение воды кислородом оказало серьезное влияние на будущее планеты, поскольку в результате окисления железо в океане начало «ржаветь», а растворенное железо стало осаждаться и формировать обширные полосчатые железистые кварциты. Затем, когда океаны оказались насыщены и больше не могли поглощать кислород, он стал насыщать воздух, в конце концов создав кислород современной атмосферы.

Геологи обнаружили самые древние строматолиты, первые камни органического происхождения, датируемые периодом 3,7 млрд лет назад, в метаморфических породах из Гренландии, в которых по-прежнему сохранились осадочные структуры. Вместе со строматолитовыми формациями часто находят оолитовые известняки (рис. 7.1, внизу). Эти известняки сложены из карбонатных частиц, называемых ооидами, которые состоят из концентрических слоев, отложившихся вокруг шарообразной частицы. Ооиды приобретают округлую форму в результате кружения в вихревых потоках на мелководье, например в зоне наката – участке берега, где волны океана накатывают и отступают.