Породы, находящиеся на поверхности Земли, не образовались все одновременно. Геологи схематизируют этот различный порядок образования, используя шкалу, в которой нижние слои представляют более старые породы, а верхние слои – более молодые породы. Архейские породы находятся в самом низу этой геологической шкалы и поэтому интерпретируются как самые древние породы. Они часто сильно деформированы и изменены, и, поскольку они не содержат окаменелостей, видимых невооруженным глазом, обычно считалось, что они не сохраняют свидетельств о существовании жизни. Однако в последние десятилетия это понимание изменилось, и в многочисленных публикациях были представлены данные, свидетельствующие о существовании микроорганизмов в период формирования архейских пород.
Большой вопрос: связано ли это с существованием жизни или нет?
Ученые, пытающиеся доказать, что некоторые архейские породы содержат материал или структуры биологического происхождения, сталкиваются с серьезной проблемой. Критерии, которые можно было бы использовать для обоснования биологического происхождения микроскопической особенности породы, такой как форма или химический состав, не столь однозначны, поскольку могут существовать небиологические процессы, способные создавать подобные структуры. Как следствие, утверждения о том, что в архейских породах сохранился материал, связанный с жизнью, считаются надежными только в том случае, если представлено несколько линий доказательств. Каковы же тогда основные улики, указывающие на свидетельства о древней жизни в архейских породах?
Доказательства, основанные на химическом составе
Одним из элементов, составляющих живые организмы, является углерод. В природе существуют различные варианты атомов углерода, одни легче, другие тяжелее. Выполняя свои жизненные функции, микроорганизмы предпочтительно используют более легкие, а не более тяжелые атомы углерода. Если некоторый биологический материал, полученный из этих микроорганизмов, сохранится в горной породе, он будет иметь состав, более богатый более легкими атомами углерода по сравнению с материалом небиологического происхождения. Эта обогащенность более легким углеродом действительно наблюдалось в многочисленных образцах из архейских пород. Однако некоторые исследования показали, что обогащение может быть также результатом небиологических процессов [1]. Кроме того, некоторые образцы горных пород могут быть загрязнены более поздними микроорганизмами, что приводит к изменению исходного соотношения легкого и тяжелого углерода в образце [2].
Другой тип свидетельств, используемых для доказательства того, что архейские породы сохраняют следы жизни – это химические соединения, интерпретируемые как остатки мембран клеток микроорганизмов. В некоторых случаях последовательные исследования показали, что эти соединения, вероятно, представляют собой загрязнение более поздними организмами [3], но в других они, по-видимому, действительно совпадают по времени с образованием пород, в которых они содержатся [4].
Доказательства, основанные на физических структурах
Микробы на мелководье или во влажной среде могут покрывать поверхности в виде листовых скоплений, называемых микробными матами, часто характеризующихся слизистой консистенцией. Липкость этих матов может задерживать или делать рыхлый осадок более когезионным, создавая специфические макроструктуры, известные как микробиологически индуцированные осадочные структуры (MISS) [5]. Например, микробные маты могут привести к тому, что песчаный слой будет разрушаться, образовывая стружку, вместо того, чтобы вымываться в виде отдельных зёрен. Маты могут также покрывать и закреплять тонкую рябь на песке, создаваемую волнами и течениями, что делает их сохранение более вероятным. Они были обнаружены в архейских породах, но точная интерпретация их происхождения затруднена, поскольку они также могли образоваться в результате чисто химических или физических процессов.
Другая интересная структура, связанная с биологической активностью, состоит из микроскопических отверстий трубчатой формы, обнаруженных в некоторых архейских породах [6]. Эти канальцы, по-видимому, аналогичны современным, производимым микробами на дне океана. Однако было показано, что сопоставимые структуры могут также образовываться в результате неорганических процессов [7].
Окаменелые микроорганизмы
Возможно, наиболее известными архейскими микрокаменелостями являются богатые углеродом волокна, найденные в Северо-Западной Австралии, первоначально интерпретируемые как окаменелые бактерии [8]. Однако их биологическое родство в последнее время подверглось серьезному сомнению [9].
Иногда бывает трудно отличить настоящие микрокаменелости от небиологического материала, который выглядит как окаменелости. Загрязнение молодыми микроорганизмами также может быть проблемой [10]. Тем не менее, существует множество опубликованных примеров структур, которые в настоящее время интерпретируются как реальные микрокаменелости из архейских пород [11].
Строматолиты
Строматолиты – это структуры размером от нескольких сантиметров до метров, с очень тонким внутренним слоением и формирующиеся, в современных условиях, за счет роста и биологической активности микробных матов. Строматолиты локально распространены в архейских породах, но бесспорных окаменелых микробов, сохранившихся в архейских строматолитах, обнаружено не было. Некоторые авторы ставят под сомнение биологическое происхождение архейских строматолитов, предполагая, что они могли образоваться в результате неорганического осаждения минералов [12]. Другие авторы все еще отдают предпочтение биологическому происхождению архейских строматолитов [13].
Последствия этого для моделей происхождения жизни
Для эволюционных сценариев тот факт, что свидетельства существования жизни, обнаруженные в самых нижних породах, принадлежат простейшим биологическим формам (одноклеточным микробным организмам), по-видимому, хорошо согласуется с ожиданиями эволюционного повествования. С другой стороны, обнаружение признаков жизни в самых ранних породах также создает проблему, поскольку сокращает время, доступное для предполагаемого возникновения жизни из неорганической материи. По словам С. Дж. Гулд, «представление о том, что жизнь была обнаружена в древнейших породах, которые могли бы содержать доказательства этого, заставляет нас, я думаю, отказаться от взгляда о медленном, непрерывном и неправдоподобном развитии жизни» [14].
Значение архейских ископаемых для креационистских моделей зависит от взгляда на происхождение самих архейских пород. Большинство тех, кто думает, что планета Земля существовала в необитаемом состоянии в течение некоторого времени до недели творения, вероятно, поместили бы образование архейских пород в этот период. По этой причине, однако, они, скорее всего, скептически оценивают любые предполагаемые свидетельства существования следов жизни в архейских породах. В противном случае потребовалось бы признать, что бактерии существовали на Земле до недели творения, с последующим обсуждением вопроса, как библейская концепция смерти и ее связи с грехом применима к современным биологическим категориям (об этой основной теме см. [15]). Те, кто верит, что архейские породы сформировались во время или после недели творения, скорее всего, будут открыты для признания окаменелостей в этих породах.
Поиски свидетельств жизни в архейских породах – хороший пример трудностей, присущих практике исторических наук, где данные часто неполны и изменчивы, а интерпретации неизбежно основаны на том, что мы наблюдаем в настоящем. Они также иллюстрируют, как данные исследуются более тщательно, когда они, по-видимому, не соответствуют ранее существовавшим ожиданиям (будь то идея о том, что жизнь должна была возникнуть на Земле в течение длительного времени или что архейские породы сформировались во время до недели творения). При изучении свидетельств существования жизни в архейских породах этот скептический подход разделяют и светские ученые и ученые-креационисты. Обе группы, например, подчеркивают риск внешнего загрязнения архейских образцов более поздним микробным материалом (например, [16]).
Для тех, кто ценит Священное Писание и науку как источники знания, опыт неопределенности и позиция осторожности могли бы иметь положительный эффект, помогая избегать догматизма в попытке соотнести конкретные категории теперешнего описания природы с библейским текстом.
Ронни Налин
Исследовательский институт наук о Земле
__________________________________________________________________
1. Horita J. and Berndt M. Abiogenic Methane Formation and Isotopic Fractionation Under Hydrothermal Conditions // Science. 1999. Vol. 285 (5430) P. 1055-1057.
2. Westall F. and Folk R. L. Exogenous carbonaceous microstructures in Early Archaean cherts and BIFs from the Isua Greenstone Belt: implications for the search for life in ancient rocks // Precambrian Research, 2003. Vol. 126 (3). Р. 313-330.
3. Fischer W.W., Biogeochemistry: Life before the rise of oxygen // Nature, 2008. Vol. 455 (7216). Р. 1051-1052.
4. Ventura G. T., et al. Molecular evidence of Late Archean archaea and the presence of a subsurface hydrothermal biosphere // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007. Vol. 104 (36). Р. 14260-14265.
5. Noffke N. The criteria for the biogeneicity of microbially induced sedimentary structures (MISS) in Archean and younger, sandy deposits // Earth-Science Reviews, 2009. Vol. 96 (3). Р. 173-180.
6. Furnes H. et al. Early Life Recorded in Archean Pillow Lavas // Science, 2004. Vol. 304 (5670). Р. 578-581.[↩]
7. Brasier M. et al. A fresh look at the fossil evidence for early Archaean cellular life // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2006. Vol. 361 (1470): p. 887-902.
8. Schopf J. W. Microfossils of the Early Archean Apex Chert: New Evidence of the Antiquity of Life. // Science, 1993. Vol. 260 (5108). Р. 640-646.
9. Brasier M. D. et al. Questioning the evidence for Earth’s oldest fossils // Nature, 2002. Vol. 416 (6876). Р. 76-81.
10. Buick R. Microfossil recognition in Archean rocks: an appraisal of spheroids and filaments from a 3500 my old chert-barite unit at North Pole, Western Australia. Palaios. 1990. Р. 441-459.
11. Schopf J. W. Fossil evidence of Archaean life // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2006. Vol. 361 (1470). Р. 869-885.
12. Grotzinger J.P. and Knoll A. H. Stromatolites in Precambrian carbonates: Evolutionary mileposts or environmental dipsticks? // Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1999. Vol. 27 (1). Р. 313-358.
13. Allwood A.C. et al. Stromatolite reef from the Early Archaean era of Australia // Nature, 2006. Vol. 441 (7094). Р. 714-718.
14. Gould S. J., The Panda’s Thumb: More Reflections in Natural History. 1980. New York: Norton & Company. Р. 220.
15. Brand L. What are the limits of death in Paradise? // Journal of the Adventist Theological Societyю 2003. Vol. 14 (1). Р. 74-85.
16. Roth A. A. Origins: Linking Science and Scripture. 1998. USA: Review and Herald Publishing Association. Р. 164-168.