Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

То, что увидели Мейер и Масенте, стало прямым свидетельством массовой смены фауны 560 млн лет назад, когда большинство авалонских животных исчезли, а их место заняли новые организмы{192}. Специалисты до сих пор не определили, насколько сильным и внезапным могло быть это изменение. С одной стороны, породы, несущие в себе окаменелости авалонского возраста, характеризуют удаленную от берега обстановку континентального шельфа — в отличие от более мелководных, «потрепанных» волнами осадков, содержащих окаменелости беломорской и намской стадий. Так что изменение фауны можно просто объяснить незначительной переменой места жительства организмов, переехавших из глубоких вод в более мелкие. С другой стороны, не исключено, что резкий контраст между более древней авалонской фауной и более молодой беломорской указывает на драматичный эпизод массового вымирания — и это можно считать самой древней глобальной гибелью организмов, «записанной» в ископаемых находках. (Даже Мейер и Масенте не могут прийти к согласию по этому вопросу.) Эта эдиакарская история выявляет, безусловно, лишь одно — нам еще многое предстоит узнать об эволюции жизни за 4 млрд лет.

Самые древние эукариоты демонстрировали выдающееся усложнение клеточной жизни — они были более крупными, более разнообразными и владели бо́льшим химическим репертуаром, чем любая предыдущая форма жизни, но все еще оставались одноклеточными. В многоклеточных же червях, или медузах, или похожих на папоротник существах должны сотрудничать и специализироваться на чем-то конкретном уже разные виды клеток. Некоторые из них находятся с внутренней стороны организма, другие — снаружи. Некоторые формируют верхнюю часть «пальмовых листьев», а другие прикрепляются к океаническому дну. Присмотритесь внимательнее, и вы обнаружите, что клетки играют также и разные химические роли — собирают пищу, переваривают питательные вещества, распределяют основные биомолекулы и удаляют отходы.

Фундаментальное правило жизненной игры заключается в том, что инновации должны быть выгодными. Так почему же после 2,5 млрд лет вроде бы стабильной одноклеточной жизни клетки начали склеиваться в консорциумы и играть специализированные роли? Такие формы жизни сталкиваются по крайней мере с тремя вызовами, которые не стоят перед одноклеточными. Во-первых, их клетки должны приклеиваться друг к другу упорядоченным, структурированным образом; большинству многоклеточных организмов нужны голова и хвост — или верх и низ. Во-вторых, эти клетки должны сотрудничать при использовании атомов и энергии. Специализированные клетки, которые собирают пищу, обязаны делиться своим богатством с остальными. И в-третьих, подобно всем формам жизни, клетки этого сообщества должны найти способ делать точные копии себя. Это значительные трудности — вызовы, которые не появились бы, если бы их преодоление не вело к каким-то преимуществам.

Еще одна проблема многоклеточности — энергия. Концентрированная масса клеток, особенно такая, где клетки выполняют специализированные функции, требует относительно концентрированной формы энергии. Каждая клетка — это крошечная электрическая цепь, которой нужен поток электрических зарядов. Поэтому почти все многоклеточные формы жизни на Земле зависят от концентрированной химической энергии кислорода. Для сравнения: водород или сера не могут обеспечить многоклеточную жизнь достаточной энергией. Каждая клетка животного требует стабильной поставки кислорода, так что клетки, находящиеся внутри, могли бы оказаться в проигрыше. Для решения этой проблемы появились по крайней мере две стратегии. У некоторых примитивных организмов клетки образуют сложенные в складки слои с промежутками между ними, которые позволяют кислороду из окружающей среды достигать каждой клетки. Тогда получается, что все клетки находятся как бы снаружи. Более совершенные организмы вроде нашего имеют сложную кровеносную систему, в которой кровь является тем самым высокоспециализированным агентом доставки кислорода.

Несмотря на все эти препятствия, многоклеточные организмы эволюционировали и распространялись с необыкновенной скоростью. Появились новые стратегии выживания, стимулируемые повышающейся конкуренцией за ресурсы — еду, территорию и защиту; животные научились есть растения и других животных. И при этом живые клетки играли еще более активные роли в динамичном углеродном цикле Земли.

Вариация 4. Жизнь учится создавать минералы {193}

Жизнь всегда была историей выживания: найти пищу, произвести потомство, не дать себя съесть. За последние полмиллиарда лет биосфера переживала эскалацию этой конкурентной эволюционной саги, буквально гонку вооружений — разящего оружия и защитной брони. Все это началось, когда клетки научились создавать минералы.