Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Эти крошечные кристаллы циркона пережили разрушение горных пород, в которых образовались. Древнейшие цельные породы континентальной коры были найдены около десяти лет назад в северной части Квебека в Канаде. Установить их возраст нам помогли два редкоземельных элемента: Самарий (Sm) и Неодим (Nd). Самарий, 62-й элемент, имеет пять стабильных изотопов и два очень долгоживущих радиоактивных изотопа: ¹⁴⁷Sm (t_½ = 105 миллиардов лет) и ¹⁴⁸Sm, который живет в 75 000 раз дольше (пока что он практически неотличим от стабильного). ¹⁴⁷Sm претерпевает альфа-распад до ¹⁴³Nd. С момента возникновения Солнечной системы распалось лишь 2,9 % этого изотопа, но этого достаточно, чтобы увеличить количество ¹⁴³Nd в метеорах, обнаруженных сегодня, по сравнению с более молодыми земными породами, в которых Самарий присутствовал не так долго и, таким образом, произвел меньше Неодима. Определять возраст горных пород нам помогают «изохроны» – немного сложная процедура, которую мы объясним в главе 14, когда будем говорить о рождении Солнечной системы. Но применение этого радиоактивного хронометра к обнажениям магматических пород на севере Квебека дает возраст от 4,3 до 4,4 миллиарда лет. Они лишь немного моложе австралийских цирконов, и это также доказывает, что Земля уже тогда – спустя всего лишь 0,2 миллиарда лет после своего образования – была похожа на себя нынешнюю⁵.

Сколько времени потребовалось, чтобы появилась жизнь? Как и следовало ожидать, поиск древнейших свидетельств жизни порождает немало споров и конкурентных предположений. На момент выхода этой книги в печать самая старая из этих гипотез основана на анализе соотношения изотопов Углерода в графите, обнаруженном в старых горных породах на канадском острове Ньюфаундленд. Уран-свинцовое датирование цирконов в этом обнажении, трансформированном из осадочных пород, показывает, что их возраст составляет 3,95 миллиарда лет. Исследователи извлекли Углерод из карбонатных пород, а также из найденного в камнях графита, и обнаружили, что соотношение ¹³C/¹²C в карбонате более чем на 2,5 % превышает соотношение в графите (–0,26 % против –2,82 % по сравнению со стандартным значением). Как мы показали в главе 10, в ходе химического встраивания Углерода из окружающей среды в свои молекулы живые существа систематически отвергают более медленный и тяжелый изотоп ¹³C. Изучив все геологические процессы, затронувшие эти породы за почти 4 миллиарда лет, исследователи пришли к выводу, что графит, по всей видимости, произвели одноклеточные организмы, извлекавшие питательные вещества непосредственно из окружающей среды (так называемые автотрофы)⁶. Впрочем, с такой трактовкой согласны далеко не все.

Менее спорны свидетельства, полученные в ходе изучения строматолитов – слоистых пород, которые образованы фотосинтезирующими бактериями в виде больших матов, содержащих триллионы организмов. Считается, что именно цианобактерии ответственны за появление большей части Кислорода в атмосфере Земли (см. ниже). Они создают такие структуры в соленой среде и сегодня (например, в Большом Соленом озере и подобных озерах с высоким уровнем солености, а также в морских лагунах). Возраст окаменелых австралийских строматолитов, по разным оценкам, доходит до 3,4–3,7 миллиарда лет, и в некоторых случаях в них наблюдается дефицит ¹³C, чего можно ожидать от фотосинтезирующих организмов.

Похоже, что жизнь не только возникла, но и распространилась в достаточной степени, чтобы оставить ископаемые свидетельства в период, охвативший время от 4 до 3,5 миллиарда лет назад. Это не такой уж и долгий срок, особенно если учесть, что в течение первых 100–200 миллионов лет Землю все еще бомбардировали камни из космоса и она по-прежнему охлаждалась из своей изначальной расплавленной формы. Как мы увидим в главе 16, Солнце останется относительно неизменным на протяжении 10 миллиардов лет, а значит, жизнь возникла всего лишь примерно за 6–8 % жизни нашей звезды. В каком-то смысле это неудивительно, поскольку нам известно, что все сырьевые материалы (органические молекулы, о которых мы говорили выше) присутствуют именно в газовых облаках, заполняющих межзвездное пространство, где рождаются новые солнечные системы. Естественно, здесь есть пропущенный этап – он заключается в том, как совершился переход от этого исходного материала к самовоспроизводящимся организмам, которые хранят информацию в своих молекулах ДНК и передают ее новым поколениям, – с накоплением случайных ошибок, которые ведут от цианобактерии к вам.

Левонаправленная жизнь