Итак, начнем все сначала. Еще лет 60—70 назад представления о возрасте Земли и времени образования жизни были таковы, что речь шла всего лишь о первых сотнях миллионов лет. Однако в связи с бурным развитием ядерной физики и изотопной геохронологии, т. е. с появлением возможности определения абсолютного возраста горных пород, мы стали получать данные о более древнем возрасте пород Земли. В последние два десятилетия сложилось устойчивое представление о том, что наиболее достоверные цифры, полученные по породам, составляют несколько более 3,5 млрд. лет. Но вот совсем недавно австралийскими учеными были получены цифры более 4 млрд. лет. Сегодня господствует представление об образовании Земли 4,5 млрд. лет тому назад.

Параллельно с годами и возраст древнейших находок жизни все увеличивался. Сегодня это уже более 3—3,5 млрд. лет тому назад. А что скажут ученые завтра? А послезавтра?

Следует, однако, заметить, что те находки органических остатков, возраст которых приближается к 3 млрд. лет, представлены организмами, хотя и очень примитивными, но, возможно, уже использующими в своем жизненном цикле кислород. С другой стороны, несмотря на многообразие представлений о механизме возникновения жизни, все современные исследователи более или менее едины в представлении о том, что атмосфера, в которой зародилось живое, была, безусловно, бескислородной. И, таким образом, возникает мысль о том, что жизнь зародилась заведомо ранее 3,5 млрд. лет, т. е. до появления кислородпотребляющих и кислородвыделяющих организмов.

Итак, 3—3,5 млрд. лет тому назад в атмосфере, вероятно, присутствовал кислород. Однако обычно считается, что в то время содержание кислорода составляло менее 0,1% от современного его содержания в атмосфере, Но ряд исследователей, занимающихся изотопией таких элементов, как сера и углерод, в древних породах архея и протерозоя, предполагают, что процент содержания кислорода в атмосфере был значительно выше.

Советский исследователь В. И. Виноградов прямо пишет: «Детальное, насколько это возможно, изучение изотопного состава серы и углерода в архейских метаосадочных породах показывает сходство изотопного состава сульфатной серы и карбонатного углерода с фанерозойскими и современными осадками. Это служит убедительным доказательством принципиальной неизменности условий осадконакопления в течение всей геологической истории планеты. В свою очередь, это означает, что газоводная оболочка Земли в ее современном виде (составе) тоже существует свыше 3500 млн лет. И столь же длительное время существует биосфера, и активность ее по отношению к круговороту циклических элементов остается практически постоянной.

Наиболее сложно представить себе, в каких формах была архейская биосфера и как достигался ее высокий уровень активности. Сегодня на эти вопросы трудно ответить даже гипотетически. Во всяком случае, ответ на них должен быть связан с коренным пересмотром современных представлений».

В этой связи интересно, что группа ученых Сибирского отделения АН СССР во главе с Ю. П. Казанским пришла к близкому заключению, но совершенно на другой основе. Они исследовали газовые включения в древних породах. Вывод — в архее кислорода было уже очень много, а в протерозое состав атмосферы практически уже одинаков с современным.

Однако многие исследователи полагают, что находки так называемых строматолитов, образованных бактериями и синезелеными водорослями, не позволяют утверждать существование продуцентов кислорода. С их точки зрения, синезеленые водоросли (и, конечно уж, бактерии) использовали фотосистему, при которой CO2 + 2Н2 → CH2O + H2O + 2S. И, таким образом, находки этих организмов в древнейших толщах не противоречат наличию в то время восстановительных условий в присутствии сульфидов.

В конечном итоге все исследователи приходят к мысли о насыщении атмосферы кислородом, но разным ученым представляется, что это произошло на разных этапах истории Земли. Однако существенных противоречий в том, что водная оболочка Земли возникла в результате дегазации мантии, нет. Проблема лишь в том, что одни считают, что дегазация мантии происходила более или менее постепенно, другие — достаточно быстро и очень давно. Одни считают, что это произошло ранее 3,5 млрд. лет, а другие — в интервале 4,6—2,5 млрд. лет.

На сегодняшнем уровне наших знаний кажется достаточно очевидным, что существует два основных источника кислорода. Первый из них — это вода, в результате диссоциации которой, под влиянием ультрафиолетовых лучей, образуется водород и кислород. Водород в основном уходит в космос, а более тяжелый кислород остается.

Второй источник — это фотосинтез. В течение времени, естественно, второй источник стал несоизмеримо более существенным.

Следовательно, для нас очень важны два момента в истории Земли. Момент появления больших масс воды, который мы можем в грубых чертах считать и моментом появления свободного кислорода, и момент появления фотосинтезирующих организмов, который опять же с определенными допущениями можем считать моментом, с которого началось резкое увеличение свободного кислорода в атмосфере.

Есть целый ряд показателей, которые, по мнению многих исследователей, дают основания думать, что еще 2,5 млрд. лет тому назад кислорода в атмосфере было значительно меньше, чем сейчас. К ним относятся такие показатели, как преобладание FeO в породах над Fe2O3, большая редкость в древних породах глауконита; высокие отношения марганца к железу в докембрийских толщах по отношению к фанерозойским. Но все это говорит лишь о том, что кислорода было меньше, но его могло быть достаточно много.

В. И. Виноградов, конечно, несколько увлекается, говоря о том, что газоводная оболочка Земли в ее современном виде (составе) существует свыше 3500 млн. лет. Если бы это было абсолютно так, то вряд ли мы имели бы ту разницу, которую мы имеем в наборах пород докембрия и фанерозоя. Эта разница породных ассоциаций несомненно связана с эволюцией гидро-, атомо- и биосферы. Но несомненной мне кажется правота В. И. Виноградова в вопросе о том, что если мы находим осадочные породы, а в них остатки синезеленых водорослей, то это является показателем и водной среды и достаточно высокого уровня содержания кислорода.

Рис. 2. График содержания O2 в атмосфере Земли

1 — по Беркнеру и Маршаллу, 2 — по А. Ю. Розанову

Итак, вернемся снова к фактам. Древнейшие строматолиты имеют возраст около 3,5 млрд. лет, следовательно, уже в это время процесс накопления свободного кислорода, вероятно, идет уже очень быстрыми темпами. Пока трудно оценить содержание кислорода в цифрах, но характер кривой увеличения его в атмосфере (рис. 2) несомненно должен быть иным, чем тот, который обычно принято рисовать согласно представлениям Беркнера и Маршалла.

Точно так же мне представляется, что точка Пастера (1% О2 от современного содержания) должна быть резко смещена к уровню как минимум 2,2—2,5 млрд. лет, а точка Беркнера—Маршалла (10% O2 от современного содержания) — к уровню 1,8—2,0 млрд. лет.

Итак, находки самых древних ископаемых говорят нам скорее всего о присутствии кислорода в атмосфере, но они же показывают, что среди организмов присутствуют, вероятно, пока только прокариоты.

Момент появления ядерных организмов, т. е. эвкариот, установить очень трудно. Читатель вправе спросить — почему? Это происходит потому, что морфологически в ископаемом состоянии первые эвкариоты ничем практически не отличались от прокариот, а выяснить, было ли у организма ядро или не было, на ископаемом материале очень сложно. В многочисленных препаратах, полученных из достаточно древних довендских пород, были обнаружены некие округлые организмы с темными пятнами в центральной части, которые сравнивались с ядрами, и, естественно, было высказано предположение о находках эвкариот. Но достоверность таких утверждений совершенно ничтожна, хотя и опровергнуть их тоже невозможно. Ряд исследователей находят, однако, возможным считать некоторые сферические образования и без темных пятен внутри зелеными и красными водорослями, т. с. настоящими эвкариотами.

Более того, например, американские ученые Ля Берж, Роббинс и Шмидт на основе изучения органических остатков из пород с возрастом около 2 млрд. лет района озера Верхнего приходят к выводу о существовании в это время не только одноклеточных эвкариот, но и более высокоорганизованных организмов. Этот вывод сделан на том основании, что изученные ими органические остатки из кремней и сланцев напоминают зеленые водоросли и пелеты планктонных организмов. Что это значит? А это значит, что уже существуют какие-то планктонные организмы, имеющие пищеварительную систему. Очень интересно и то, что эти находки сделаны в толще железистых кварцитов. Но об этом несколько позже.

Совершенно ошеломляющие данные, которые в настоящее время даже трудно оценить, были получены польским специалистом проф. З. Валенчаком. Он исследовал образцы архейских метаморфических пород и обратил внимание на то, что при применении разных оптических методов в породах наблюдаются «тени» организмов, образованных разнообразными дефектами раскристаллизации. Это дало ему возможность предположить, что, во-первых, многие породы, считавшиеся магматогенными, т. е. происходящими за счет интрузивной или вулканической деятельности, на самом деле являются первично осадочными; во-вторых, З. Валенчак считает, что уровень развития и разнообразия жизни в архее был очень высок. Одни из обнаруженных им организмов по морфологии и размерам чрезвычайно напоминают грибы, другие — водоросли. В этом случае, если это не совершенно необычные и удивительные артефакты, мы должны смириться с мыслью о появлении многоклеточных организмов уже в архее.

З. Валенчак опубликовал результаты своих наблюдений еще в 1981 г., но, поскольку эта работа была напечатана в специализированном минералого-геохимическом сборнике, она, естественно, пока не привлекала внимание палеонтологов и биологов. Однако, если Валенчак окажется прав, мы будем очень скоро свидетелями коренного пересмотра представлений об эволюции живого на Земле. Надо сказать, что в соответствии о представлениями Валенчака находятся результаты работ группы советских ученых, которую возглавлял акад. А. В. Сидоренко, и американца Б. Виндли, Они показали, что в породах глубокого докембрия широко развиты признаки кор выветривания и палеопочв, речных отложений, тиллитов, континентальных красноцветов, моласс и наземного вулканизма. Это предполагает, что геологические процессы, включая процессы выветривания в докембрии, принципиально не отличались от процессов более поздних эпох.

Вопрос о присутствии кислорода в атмосфере обсуждается и в связи с исследованиями характера магнетита в древних породах. На основании отличий абиогенного п биогенного магнетита американские ученые Д. Киршвинк и С. Чанг приходят к выводу о том, что 2,2 млрд. лет тому назад несомненно присутствовал свободный кислород. Однако в породах с возрастом 3,5 млрд. лет им не удалось пока обнаружить признаков биогенного магнетита.

Существует еще один важный комплекс данных, влияющий на наши представления об эволюции кислорода атмосферы. Из докембрия Алтае-Саянской области, а точнее, из отложений, относимых к среднему рифею, были описаны интереснейшие образования, изучавшиеся О. Сосновской. Ею выделена целая группа образований, названных камазиидами. Наиболее вероятно, что в систематическом плане они более всею напоминают кишечнополостных. Однако нахождение кишечнополостных, возраст которых более 1 млрд. лет, очень серьезный факт. Это может свидетельствовать о том, что кислорода тогда было очень много, а температура была не очень высокой.

В этой связи нельзя не вспомнить снова описанную лет 20 тому назад М. А. Лейтесом Udocania problematica из удоканских отложений Сибири, возраст которых может оказаться более 1,5 млрд. лет, и описанные В. Е. Забродиным ходы илоедов из верхнего рифея Урала. Еще в конце 50-х годов академики В. В. Меннер и Б. С. Соколов предположили целентератную, или полихетную, природу удоканий. Позднее многократно делались безуспешные попытки доказать их неорганическую природу. Новый многочисленный материал, полученный и исследованный в последнее время Т. А. Саютиной, позволяет утверждать несомненную органическую природу удоканий. Они представляют собой узкоконические трубки с квадратным поперечным сечением. Длина трубки может достигать нескольких сантиметров. В редких случаях наблюдались короткие пластинчатые образования, идущие от стенок к центру трубки. Удокании обычно встречаются внутри строматолитовых построек.

Все эти находки вызывают острые дискуссии, природа их действительно не очень ясна, но очень важно, что все они являются производными живых организмов и, вероятно, очень высокой степени организации.

Исходя из всех приведенных фактов и соображений, попробуем представить себе в самых грубых чертах общий ход развития органического мира в криптозое (рис. 1) и основных процессов, происходивших в атмосфере и гидросфере.

В результате дегазации Земли образовывалась водная оболочка. Кажется, с этим все согласны. Разница в представлениях состоит в том, сколько ушло на это времени. Но даже сторонники «катастрофической дегазации», вероятно, отводят на нее не менее 0,5—1 млрд. первых лет существования Земли, т. е. в течение этого времени шло образование сначала озер, потом морей, а уж позднее и океанов. Однако по представлениям других исследователей процесс дегазации шел «медленнее», и тогда соответственно эволюция озеро→море→океан протекала, возможно, более длительный период.

В такой трактовке эволюции количества водных масс на земной поверхности понятно присутствие в архейских породах речных, озерных и т. п. осадочных образований. Вероятно, вскоре после того, как появились крупные водные бассейны, появились и первые фотосинтезирующие организмы. Это было по меньшей мере 3—3,5 млрд. лет тому назад. А уже в интервале времени 3—2,5 млрд. лет тому назад могли появиться эвкариоты и даже примитивные многоклеточные организмы.

Возникает естественный вопрос: каким же образом при наличии недостатка кислорода в атмосфере и теоретически расчетных высоких температурах могли существовать и развиваться столь высоко организованные организмы? В отношении расчетных температур вопрос, вероятно, не столь сложен. Достоверные ледниковые образования известны со времени 2,4—2,5 млрд. лет тому назад. Естественно, что ледники не могли образовываться при температурах 40—45°. Естественно и то, что наличие столь древних ледников приводит нас к выводу о существовании резкой климатической дифференциации в отдельные периоды позднего архея и раннего протерозоя.

Вероятно, именно климатическая дифференциация и создавала многочисленные «оазисы», в которых поступательное усложнение жизни могло осуществляться в темпах, соизмеримых с более поздними, когда свидетельства присутствия жизни становятся все более многочисленными.

Если эти рассуждения верны, то не приходится удивляться находкам удоканий и камазиид в породах с возрастом более 1 млрд. лет.

Теперь вспомним, что удокании и камазииды считаются кишечнополостными или червями или, по крайней мере, группами, близкими к ним.

Очень важным обстоятельством в этих рассуждениях оказывается гигантизм вендо-эдиакарской фауны. Гигантизм, исходя из опыта исследований известных фанерозойских групп, чаще всего свойствен тем группам, которые находятся на стадии завершения своего развития. Правда, М. А. Федонкин предложил и другие объяснения гигантизма некоторых представителей вендо-эдиакарской фауны. Он полагает, что вендские хищники были микрофагами, в связи с чем жертвы могли спастись, только увеличивая в процессе эволюции свои размеры. Кроме того, по аналогии с современными книдариями, которые имеют в тканях симбиотические водоросли, вендские организмы также могли иметь их. М. А. Федонкин допускает, что этот тип симбиоза был одним из самых древних и главных в венде и был распространен значительно шире, чем ныне. «Если это так, — пишет М. А. Федонкин, — то широкая плоская форма, свойственная многим вендским Metazoa, обитавшим в мелководье, способствовала собиранию наибольшего количества света, который необходим для интенсивного метаболизма симбиотических водорослей». В этой связи остается, правда, не ясным вопрос, почему в настоящее время организмы, использующие симбиоз с водорослями, не страдают гигантизмом?

Фауну венда составляли кишечнополостные, черви и другие проблематичные группы, например петалопамы, которые неизвестны затем в фанерозое. Академик Б. С. Соколов предположил, что широкое оледенение, предшествовавшее появлению вендской фауны, было одной из основных причин ее бурной диверсификации. Это верно, очевидно, в том смысле, что именно оледенение таких масштабов способствовало охлаждению «пыла земли» и расширению «оазисов», в которых могла развиваться фауна многоклеточных, и соответственно привело к ее широкой экспансии. В конечном счете именно с этого момента, вероятно, климатические закономерности стали близкими к тем, с которыми мы затем сталкиваемся в фанерозое.

Несколько сложней дело обстоит с кислородом. Наличие железистых кварцитов в толщах архея и раннего протерозоя (3,2—1,9 млрд. лет), по мнению многих исследователей, говорит о некоторой недостаточности кислорода в атмосфере по сравнению с современным уровнем. Однако этот недостаток, возможно, не столь велик, чтобы препятствовать развитию таких организмов, как грибы. А упомянутые выше возможные древнейшие кишечнополостные и черви, для которых уровень кислорода должен быть очень высоким, обнаружены в толщах более молодых, чем те, которые содержат железистые кварциты.

Можно, однако, предположить, что картина недостаточности кислорода в атмосфере только кажущаяся. Недостаточность кислорода могла быть только в глубоких (более 100 м) частях водоемов, где и образовывались железистые кварциты. Приповерхностные воды и атмосфера могли иметь значительно большее содержание кислорода. Такой пример дает нам сегодня Черное море, в котором, как известно, глубоководные зоны «заражены» сероводородом. В этой связи можно и дальше пытаться развивать такие соображения и предположить, что время образования железистых кварцитов сопряжено с максимальным увеличением водных масс Земли в результате ее дегазации (т. е. частичным быстрым переуглублением бассейнов),