[16] впервые указал на то, что существует некая последовательность ископаемых окаменелостей, но не по их литологической структуре, а по положению в самих породах. Он доказал, что различные породы могут относиться к различным временным периодам, но одна и та же последовательность типов окаменелостей может быть обнаружена в различных, и притом далеких друг от друга, регионах.
Результатом работы Уильяма Смита стал принцип фауновой последовательности, который дал возможность создать геохронологическую шкалу в ее современном виде[17]. Ключом к этому созданию стала жизнь, жизнь, сохраненная в окаменелостях, а относительная разница в содержании окаменелостей позволила разграничить последовательности пород, находящихся на поверхности Земли. В самый крупный подраздел вошли более древние породы без ископаемых окаменелостей — породы, которые находились под теми, в которых окаменелости встречались. Самый древний слой, который содержал ископаемые окаменелости, был назван кембрием, или кембрийским периодом, в честь уэльского племени, и, таким образом, все породы, которые были старше этого периода, получили название докембрийских. Породы, содержащие ископаемые останки, включая кембрий и после него, получили название «фанерозой», или «фанерозойский эон». Протерозой — эон, который последним предшествовал появлению большого количества живых организмов, — пришел на смену архею, а перед ним — катархею.
Очень быстро получили свои названия также эры и периоды фанерозоя. За несколько десятилетий добросовестного научного поиска, анализа и учета ископаемых останков (были сведены вместе и сопоставлены первые и последние по времени образования ископаемые образцы в напластованиях) стало понятно, что фанерозой можно разделить на три крупных временных отрезка — по признаку накопленных ископаемых. Самый древний был назван палеозоем (греч. «древняя жизнь»), средний — мезозоем, а последний — кайнозоем.
Многие наименования геологических периодов, которые мы используем и по сей день, существовали еще до появления названий эр и эонов. Вот они (в порядке уменьшения геологического возраста): кембрий, ордовик, силур, девон, каменноугольный (это европейское название, в североамериканской геологической науке принято подразделять этот период еще на миссисипский и пенсильванский) и пермский периоды образуют палеозой; триас, юра и мел образуют мезозой; палеоген и неоген (раньше назывались третичный период), а также четвертичный период образуют кайнозой.
Геологическая временная шкала — современный формат (дополненная по «Новой геологической временной шкале» Феликса Градштейна — Felix M. Gradstein et al. «A New Geologic Time Scale, with Special Reference to Precambrian and Neogene,» Episode 27, no. 2, 2004: 83–100).
К 1850 году все периоды оказались на своих местах, и новые подразделения вводились очень редко, хотя многие геологи XIX века и предпринимали амбициозные попытки обозначить целый новый период, что в те времена означало не более чем просто смену старых наименований. Только одна такая попытка по-настоящему удалась, и принадлежала она английскому ученому Чарльзу Лэпворту[18], который выделил ордовикский период, доказав, что некоторые верхние слои кембрия и нижние слои силура заслуживают объединения в отдельный слой и период. Лэпворт смог убедить в своей правоте коллег-ученых, и в 1879 году появился новый период. К тому времени двое первооткрывателей геологических названий: Адам Седжвик (кембрий) и Родерик Мерчисон (силур и пермь) умерли, и Лэпворт занял освободившийся трон. Все они были весьма тщеславны и яростно сражались за «свои» периоды.
Самым большим изменением геохронологической шкалы, которое повлияло на понимание истории развития жизни, было добавление криогения[19] и эдиакария[20] в протерозойский эон — период, когда жизнь готовилась к мощному скачку в развитии животного мира. Однако задолго до быстрого развития эволюции не только многоклеточных животных, но и жизни как таковой. Земля должна была стать планетой, способной поддерживать существование жизни.
Глава 2Как Земля стала Землей:4,6–4,5 миллиарда лет назад
Мы теперь уже не верим в то, что Земля — центр мироздания, центр Солнечной системы, единственное место во Вселенной, где есть жизнь и разумные существа, подобные Богу-творцу, как верили в это многие, даже самые просвещенные, умы Возрождения. Сейчас нам известно, что Земля — одна из многих подобных ей планет, и жизнь также может оказаться совершенно заурядным явлением. Самыми недавними подтверждениями этому являются исследования землеподобных планет, или ЗПП[21].
С 1990-х годов к настоящему моменту произошли два важных изменения, совершенно особенных и перестроивших всю систему знаний об истории жизни на планете. Во-первых, до недавнего времени геологи и палеонтологи почти не обращали внимания на тот факт, что наша планета — лишь одна из многих планет. А во-вторых, в соответствии с этим первым «модным» представлением, внимание не уделялось и тому, что жизнь также может быть не уникальна, а иметь аналоги в необъятном космосе. Открытие планет, вращающихся вокруг других звезд, полностью изменило такой порядок вещей как для науки, так и для всего человеческого общества[22]. Поменялись исследовательские приоритеты, и сейчас научный интерес, помимо Земли, направлен и на другие планеты, которые назвали экзопланетами. Перемены в научных взглядах затронули не только астрономию и специализированные отрасли геологии, но и биологию, и даже религию. Джефф Марси, один из первых исследователей экзопланет, вспоминает, что среди множества телефонных звонков, которые на него посыпались после тех памятных открытий, одним из первых был звонок из Ватикана. Католическая церковь, искушенная в астрономии, хотела знать, может ли существовать жизнь на недавно открытой планете и какие последствия для религии это будет иметь.
Самая первая экзопланета была обнаружена в 1992 году (вращается вокруг звезды-пульсара)[23], затем — в 1995 году — обнаружили планету, которая вращается вокруг звезды главной последовательности, то есть такой, которая скорее будет способствовать возникновению и поддержанию жизни, чем пульсары, поскольку у последних есть дурная привычка выбрасывать на соседние планеты большие потоки уничтожающей жизнь энергии. А всего лишь год спустя после обнаружения этой второй планеты было сделано еще одно астрономическое открытие, подстегнувшее дискуссии в науке, а также в политике и обществе: из NASA сообщили о метеорите с Марса[24], на котором нашли возможные признаки жизни (а может, и ископаемые останки микробов). Последовательность этих открытий положила начало новому научному направлению — астробиологии.
На исследования в области истории развития жизни были выделены огромные суммы, в том числе на изучение таких проблем, которые раньше очень скудно финансировались, например, происхождение и природа первой жизни на Земле. Все это произошло в конце 1990-х, и к началу нового века названные отрасли науки стали одними из самых быстро развивающихся. События эти трансформировали науку в целом и продолжают оказывать влияние на историю развития жизни на Земле, тему данной книги и на наше представление о возможной жизни на других планетах и об истории этой «другой» жизни.
Итак, то, что наша планета — лишь одна из многих возможно обитаемых, и что жизнь есть лишь один из возможных результатов химического процесса — все это на сегодня является известной всем данностью[25].
Что такое «землеподобная планета»?
Вероятно, это такой земной шовинизм, но вероятно также и то, что во Вселенной возможна только жизнь, подобная земной. Так или иначе, но приоритетом в исследованиях экзопланет является обнаружение планет, похожих на нашу. Возникает вопрос: а что такое планета, подобная Земле?
Есть множество определений. В самых обстоятельных указано, что такие планеты имеют скальную поверхность (не ледовую) и очень плотное ядро. В наиболее исчерпывающем варианте определения отмечается, что планета должна иметь необходимые условия для жизни, «какой мы ее знаем», включая умеренные температуры и атмосферу, которые бы позволяли образовываться жидкой воде на планетарной поверхности. Понятие «землеподобная» часто используется для обозначения планеты, похожей на нашу в ее современном состоянии, однако мы же знаем, что Земля очень изменилась за последние 4,567 млрд лет — с момента возникновения. В разные периоды своего бытия наша «землеподобная» планета не могла иметь вообще никакой жизни, и на протяжении более чем половины ее истории усложненная жизнь, вроде многоклеточных животных и высших растений, существовать не могла.
Влага же, скорее всего, была на Земле почти всегда. За 100 млн лет формирования Луны, когда в еще только образующуюся Землю врезалось небесное тело, похожее на Марс, на нашей планете точно была жидкая вода. В крошечных песчинках были найдены остатки циркона[26], возраст которого с помощью радиометрии датируется 4,4 млрд лет. В них есть изотопные признаки океанической воды, которую впитала мантия Земли в процессе плитотектонической активности. Хотя Солнце на ранних этапах земной истории было не таким активным, тем не менее присутствовало много газов, которые создавали парниковый эффект и согревали поверхность планеты. Еще более важной была вулканическая деятельность молодой Земли — в десятки раз более мощная, чем солнечная активность, и поэтому пары, вырывающееся из недр, согревали и океан, и сушу. Некоторые астробиологи считают, что жизнь не могла возникнуть на планете, пока та сильно не остыла за первый миллиард лет своей истории, а это является причиной полагать, что жизнь, возможно, зародилась на другой планете, такой как Марс. Но есть еще одна землеподобная планета в Солнечной системе — Венера.