Возникновение биосферы

Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генети­чески связаны с живым веществом нашей планеты, с биосферой прошлых геологических эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел ее образования тесно связаны с воз­растом возникновения жизни на Земле. Согласно наиболее рас­пространенной гипотезе, Земля возникла 4,8-5 млрд лет назад.

Дифференциация вещества вызвала выделение газов и формиро­вание первичных океанов и атмосферы. Первичная атмосфера от­личалась от современной. Она имела восстановительный харак­тер, в ее составе были гелий и водород, которые быстро улетучи­лись, метан, пары воды, аммиак, СО, СО2- Свободный кислород отсутствовал. За счет высокой активности этих веществ, оче­видно, образовывались полимеры, содержащие С, N, О и другие биофильные элементы, т.е. первые органические вещества возни­кали путем абиогенного синтеза. Идея о том, что современные биологические молекулы могли в прошлом возникнуть абиогенным путем, была высказана впер­вые А.И. Опариным, затем Дж. Холдейном еще в середине 20-х годов XX в. Экспериментальные работы в этом направлении на­чалась только в 50-х годах в разных лабораториях. Наиболее сен­сационный результат был получен в лаборатории Чикагского университета Стэнли Миллером, который в результате облучения УФ-лучами газовой смеси, содержащий метан, аммиак, водород и воду, а также использованием электрического разряда синтезиро­вал мочевину, муравьиную кислоту и формальдегид.

В чем же разница живого и неживого вещества?

1. Основной признак жизни — самовоспроизведение, самообновление белковых тел, в основе которых лежит самореп­ликация или удвоение молекулы ДНК с передачей рождающейся клетке генетической информации.

2. Второе важное отличие живой природы состоит в хиральной чистоте биополимеров (Гольданский, 1986). В чем же суть этого отличия? Хиральность — способность моле­кул образовывать зеркально-антиподные изомеры, которые назы­вают оптическими изомерами. Они отличаются друг от друга тем, что вращают плоскость поляризованного света в противополож­ные стороны: в правую D-изомеры — правые, в левую — L-изомеры — левые. Живой природе присуща практически абсолютная хиральная чистота: белки содержат только левые аминокислоты, а нуклеиновые кислоты - только правые сахара. В исходном предбиологическом органическом веществе зеркальных антипо­дов не существовало, т.е. «правые» и «левые» изомеры присут­ствовали в равных количествах.

На вопрос «когда появилась жизнь?» очевиден ответ — когда появилась ДНК, и РНК внедрилась в структуру синтезированно­го белка. Свидетельства существования биологической жизни в породах раннепротерозойского и архейского возраста получены в разных районах мира — шунгиты Карелии, метаморфические сланцы и метакварциты Гренландии, Южной Африки. Все они содержат С_орг; при помощи электронной микроскопии в них об­наружены форменные остатки, методом хроматомасс-спектрометрии идентифицированы хемофоссилии.

К числу наиболее древних определений биогенного ОБ отно­сится формация Фиг-Три в Южной Африке, возраст которой 3,1 млрд лет. В кремнистых сланцах формации обнаружены фор­менные остатки, идентифицированные как «окаменелости бактерий». По-другому выглядит хроматограмма экстракта из более древних пород формации Онфервахт (возраст 3,7 млрд лет). На ней на фоне гладкой кри­вой выделяются отдельные пики, обычно свойственные н-алка-нам биогенного генезиса, т.е. эта хроматограмма идентифициру­ется как смесь абиогенных и биогенных УВ. М. Кальвин сделал это заключение с большой осторожностью, отдавая себе отчет в том, что для такого вывода (граница жизнь—преджизнь) требуют­ся очень веские доказательства. Четкая граница между этими дву­мя важнейшими этапами в эволюции Земли отсутствует, она ле­жит в интервалах 3,1-3,7 млрд лет.

Анализ всех данных палеогеохимии, палеобиологии и геохи­мии, проведенный Дж. У. Шопфом, позволяет предположить, что жизнь появилась на Земле более 3,5 млрд лет назад.

Считают, что первые организмы были анаэробные гетеротрофы — бродилыцики; они потребляли органические вещества, синтезированные абиогенным путем. Когда запас этих веществ был исчерпан, появились первые автотрофы. Они черпали энер­гию для жизни, расщепляя H2S, выделяя при этом серу.

nCO2 + 2nH2S = Cn(H2O)n +2nS + nH2O

 

затем они научи­лись потреблять водород, расщепляя воду и выделяя кислород.

nCO₂ + mH₂O = Cn(H₂O)m + nO₂

Первые организмы (архебактерии, бактерии, цианобактерии) были прокариотами, т.е. у них отсутствовало ядро и половое де­ление, ДНК сосредоточена в центре клетки.

 

Эукариоты появились 1,5 млрд лет назад, они имели клетку с четко выраженным ядром; первые эукариоты были однополыми. В интервале 0,8-1,0 млрд лет появились разнополые эукариоты, которые дали толчок бурному развитию разных форм жизни; к концу протерозоя появились зеленые, бурые, красные водоросли. На границе кембрия-докембрия появление многоклеточных орга­низмов повлекло за собой бурное развитие жизни — фауны и флоры. Возможно, что бесскелетная фауна появилась раньше. В вендских отложениях (600 млн лет) найдены отпечатки крупных бесскелетных организмов (эдиакарская фауна), но точная при­надлежность этой группы ископаемых не определена. Первые на­земные растения фиксируются в конце силура, расцвет их начи­нается с карбона и продолжается с постоянным увеличением ви­дов вплоть до кайнозоя, с начала кайнозоя — млекопитающие, а в конце кайнозоя — человек.