ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ. Часть II

<<- ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ. Часть I


Начало жизни на Земле может быть представлено в виде двух альтернатив:

1) Появление первых организмов — бактерий

или

2) Появление первых экосистем, включающих организмы и среду их обитания.

 

В такой постановке вопроса ложным является союз «или». По умолчанию обычно подразумевают появление первых организмов. Но они не могут существовать вне среды своего обитания, с которой они находятся в состоянии обмена веществом и энергией. Поэтому с самого начала следует рассматривать экосистему, а не организм в отдельности, как это обычно пытаются делать, отвлекая от сути проблемы детализирующими вопросами о составе организма и происхождении его частей-компонентов. Отсюда следует другой вопрос:

 

Что предшествует: условия обитания или же биота? На него нужно дать однозначный ответ:

обитаемость предшествует обитанию.

Условия обитания представлены географической оболочкой планеты. Географическая оболочка вмещает биосферу. Географическая оболочка есть порождение геосферы.

Начало жизни связано с бесконечными малопродуктивными спорами об определении жизни. Очевидно, что жизнь существует, когда есть первые организмы. Можно ли назвать жизнью то, что было до того, относится к области неопределенности. Если есть организмы, то есть и жизнь. Но попытка ограничить проблему такой постановкой явно несостоятельна, хотя и излюблена экспериментаторами. Организм в принципе способен существовать только в рамках экосистемы. Эти два понятия связаны между собой в единство и одно немыслимо без другого. Организм и экосистема связаны между собой обменом, без которого нет жизнедеятельности. Экосистема появляется с появлением жизнеспособного организма. Абстрагирование от экосистемы полностью лишает смысла все построения о природе первичных живых существ. Их можно сразу же откладывать в сторону как недостаточные.

Происхождение жизни имеет два аспекта. Для начала жизни на Земле можно построить дилемму, описывающую наблюдаемые или предполагаемые события: возникновение или появление жизни? Оба варианта дают в свою очередь ряд возможностей, которые следует обсуждать.

1. Возникновение жизни.

1.1. Возникновение жизни на Земле.

1.2. Возникновение жизни на ином космическом теле — «parent body» — молчаливо предполагающее всеобщность жизни во Вселенной.

1.2.1. Возникновение жизни в пределах Солнечной системы.

1.2.2. Возникновение жизни вне Солнечной системы.

2. Появление жизни на Земле.

2.1. Панспермия — перенос жизни из космического пространства на Землю.

2.1.1. Средство транспорта — космическая пыль, метеориты, кометы.

2.1.2. Время транспорта на астрономические расстояния.

2.1.3. Способ существования во время транспорта.

2.2. Совместимость условий на ином космическом теле («parent body») с условиями на примитивной Земле.

Появление жизни на Земле есть эмпирический факт, для которого установлено приблизительное время этого события не позже 3.5 млрд. лет назад. Очевидно, что появление жизни не рассматривает возникновения жизни вообще. Более того, возникновение жизни на ином космическом теле, возможно, при иных условиях, с необходимостью требует переноса на Землю и описания его возможностей. В течение XX столетия строились разные умозрительные гипотезы возникновения жизни на Земле, иллюстрируемые лабораторными моделями. В настоящее время эти гипотезы встречают две трудности. Во-первых, краткость времени для возникновения жизни от периода аккреции до появления первых экосистем с микроорганизмами. Период, в который можно поместить происхождение жизни, сокращается от 500 млн. лет до 200 млн. лет по разным оценкам. Достаточно ли это время для появления первых организмов? Во-вторых, представление о существовании внеземной жизни сейчас приобретает силу молчаливого консенсуса, и не только для оправдания дорогостоящих поисков жизни вне Земли с помощью космических аппаратов. Оно получает поддержку в находках бактериоморфных микрофоссилий в определенной группе метеоритов. Отрицать их существование невозможно, это факт, но интерпретации могут быть разными. Сходство микрофоссилий в метеоритах с заведомо биогенными микрофоссилиями, хорошо изученными в бактериальной палеонтологии, очень велико. Абиогенное происхождение бактерио-морфных минеральных образований требует -экспериментального обоснования, а не общих слов и субъективного нежелания признать их биогенную природу.

Биологами географическая оболочка Земли как открытая в космос не рассматривается. «Пришельцы из космоса» для эволюции макроорганизмов не относятся к числу рассматриваемых возможностей. Это справедливо и для прокариотной биосферы вплоть до ее возникновения. Биогеохимическая сукцессия представляется достаточным обоснованием для объяснения крупномасштабных явлений в биосфере и изучается на фактическом материале. Привнос извне микроорганизмов другого рода, чем существующие, например, архей в бактериальную биосферу, не относится к числу всерьез рассматриваемых. Исключение составляет гипотеза панспермии, касающаяся прокариот, прежде всего на стадии их появления. Она становится альтернативой земной форме биопоэза — происхождения организмов саморазвитием химической системы.

Основанием для нового всплеска интереса к космическим источникам служат:

— установление присутствия на космических телах органических веществ, согласующихся до известной степени с биохимией современных организмов;

— установление наличия морфологически распознаваемых микрофоссилий или минеральных псевдоморфоз по телам микроорганизмов на космических телах — метеоритах;

— выявление разнообразия космических тел с особым вниманием к ледяным телам. Предположение о вечности жизни во Вселенной допускает возможность ее появления

на Земле уже на стадии аккреции. По времени такое предположение проходит, поскольку жизнь регистрируется к концу метеоритной бомбардировки. Для аккреции, которая происходит очень быстро, с набором массы в течение около 100 млн. лет, есть разные варианты (рис. 1), которые можно интерпретировать и как гипотетические стадии от пылевого облака до планетезималей, в число которых с все большей убежденностью включают кометы как крупные глыбы «грязного льда». Из представленных схем в нашем рассмотрении наибольший интерес имеет последняя. Основным источником летучих на планетах-гигантах и их регулярных спутниках предполагаются ледяные планетезимали, образовавшиеся в околосолнечном протопланетном диске в зоне питания этих планет и содержавшие в своем составе конденсаты и клатраты различных газов. Эта гипотеза противопоставляется традиционной картине тепловой дегазации, которая имеет место на более поздних стадиях и наблюдается как факт. «Грязный лед», а затем не испарившаяся гидросфера предоставляют возможное место изначального поступления микробиоты.

 

122411 0032 11 ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ. Часть II

Рис. 1. Варианты (или стадии) аккреции, ведущие к образованию гидросферы как условию развития биосферы. Гидросфера образуется либо при ударной дегазации, либо при привносе крупных ледяных тел. Условия для развития биосферы отсутствуют (а). Заключительная стадия аккреции с формированием в результате дифференциации атмосферы, гидросферы, поверхностных слоев литосферы, входящих в географическую оболочку планеты как вместилища биосферы (б).

 

122411 0032 21 ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ. Часть II

Рис. 2. Коридор обитаемости для планет земной группы, определяемый возможностью фотосинтеза (Franck S., Zavarzin G.A., 2004. What are the necessary conditions for origin of life and subsequent planetary life support system? // Dahlem Konferezien 91. Earth System Analysis for Sustainability / Eds. H.J. Schellenhuber. P.J. Crutzen, W.C. Clark. M. Claussen, H. Held. MIT Press. S. 73-90).

 

 

В последнем случае гидросфера как часть географической оболочки появляется с самого начала существования планеты Земля. Отсюда возможность изначального поступления на Землю зародышей микроорганизмов более не представляется полностью исключенной. С такой последовательностью событий не согласуется предполагаемая термическая история Земли с ее стерилизующим разогревом около 4 млрд. лет назад. Впрочем, этот эпизод, введенный геологами для формирования коры, для географической оболочки Земли нельзя рассматривать как непротиворечивую картину; одним из осложнений служит неизбежный «убегающий парниковый эффект» из-за состава атмосферы. Чтобы избавиться от СО2, предполагается быстрая реакция с силикатами кальция и магния, возможная при высокой температуре, но при этом не рассматриваются пары воды в атмосфере. СН4 как существенный компонент атмосферы в пересчете на молекулу в 20 раз увеличивает парниковые проблемы. Кроме того, термический эпизод значительно сокращает время для возникновения жизни, оставляя слишком короткое окно для ее появления. Для Земли на основе парникового эффекта и светимости Солнца был рассчитан предполагаемый «коридор обитаемости» (рис. 2), из которого следует, что Марс вышел из этого коридора, а Венера не находилась в нем.

Как бы то ни было, после аккреции появляется гетерогенная земная система (рис. 3), подвергающаяся дальнейшей дифференцировке. Географическая оболочка этой системы представляет слоеный пирог между атмосферой и литосферой. Атмосфера получает энергию от Солнца в виде солнечного излучения. Кроме тепловых реакций, ведущих к циркуляции, в ней происходят фотохимические реакции. Поскольку химический состав примитивной атмосферы неизвестен, то моделировать происходившие в ней реакции очень трудно. Заведомо предполагается присутствие паров воды. Под действием солнечного излучения она должна была диссоциировать, и продукты ее фотохимической диссоциации давали окислительные и восстановительные эквиваленты. Водород диссипировал в космическое пространство, оставляя окислительные эквиваленты. На этом факте основано представление об «окислительной смерти планет». Гипотеза поддерживается сдвигом отношения D/H в атмосфере Венеры в пользу дейтерия.


<<- ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ. Часть III


Найти на unnatural: ПЕРВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ НА ЗЕМЛЕ Часть
Автор: admin | 24 Декабрь 2011 | 588 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100