|
|
Статьи Соросовского Образовательного журнала в текстовом формате
Приводятся новые данные о наличии ископаемых микроорганизмов в метеоритах (углистых хондритах), что дает возможность предполагать, что жизнь существовала за пределами Земли уже 4,5 млрд лет тому назад.
ЦИАНОБАКТЕРИИИ, ВОЗМОЖНО, НИЗШИЕ ГРИБЫ В МЕТЕОРИТАХ
А. Ю. РОЗАНОВ
Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
Человечество всегда интересовало, что происходит за пределами Земли, и один из главных вопросов, который не давал покоя: есть ли или была ли жизнь за пределами нашей планеты? Количество научной и научно-популярной литературы, посвященной этому вопросу, исчисляется десятками тысяч.
Недавно пресса всего мира рассказывала о находке американскими учеными метеорита, найденного в Антарктиде и являющегося, по их представлениям, марсианским фрагментом. В нем были обнаружены следы бактерий. Поскольку этому фрагменту Марса очень много лет (~ 4,5 млрд лет), то высказано предположение, что, если даже сегодня на Марсе нет жизни, все же в примитивном варианте она могла существовать в те далекие времена.
На Землю постоянно поступает огромное количество внеземного (космического) материала в виде космической пыли и значительно реже в виде достаточно крупных обломков, которые можно (около 1%) обнаружить и распознать. Оценки количества внеземного вещества, поступающего на Землю, весьма противоречивы. Но наиболее принятые (наиболее вероятные) - это 100-1000 т в сутки.
По существующим представлениям, метеориты имеют астероидальное или кометное происхождение. Все они по составу разделяются на каменные, железокаменные и железные в зависимости от содержания силикатных минералов и никилистого железа. Подавляющее большинство обнаруженных метеоритов каменные, среди которых преобладают так называемые хондриты (табл. 1).
Здесь же следует заметить, что исследователи различают находки и падения. Первые - это тела, обнаруженные значительно позже их прилета на Землю, и вторые, обнаруженные (и поднятые) сразу после их падения. Каждый из трех упомянутых выше типов метеоритов подразделяется на классы. Среди железных метеоритов установлены два класса: палласиты и мезосидериты. Палласиты состоят из минерала оливина (его Mg-разновидности - (FeMg)2SiO4), заключенного в никилистое железо. Мезосидериты - перекристаллизованные механические смеси силикатов, входящих в клетки металла. Среди каменных метеоритов различают хондриты и ахондриты. Хондриты получили свое название от хондр - специфических сфероидальных силикатных образований. Среди хондритов выделяются три класса (энстатитовые - Е, обыкновенные - О и углистые - С) и восемь групп, различающиеся по химическому составу (табл. 2).
Для наших целей наиболее интересны углистые хондриты, среди которых выделены четыре группы (I, M, O, V). Обозначения I, M, O, V соответствуют первым буквам типичных метеоритов (Ivuna, Mighea, Ornans и Vigarano). Таким образом, например, сочетание СО означает углистый хондрит типа Ornans. Кстати, названия метеоритов даются по местности.
CI-хондриты довольно редки и мелки, и материалы по ним немногочисленны. Они представляют собой микробрекчии с обломками миллиметровой и менее размерности. Сами обломки значительно отличаются друг от друга минеральным и химическим составом. Вторично возникшие трещины заполнены карбонатами и водными сульфатами кальция и магния. В отличие от всех остальных CI-хондриты не имеют настоящих хондр. Основной материал сложен из мельчайших зерен монтмориллонита (глинистый минерал), септохлорита (водный силикат, общая формула Fe6(Si4O10)(OH)9) и магнетита. Иногда присутствуют в незначительных количествах и другие минералы.
СМ-хондриты распространены значительно шире. Известные находки достаточно крупные. Самым изученным оказался метеорит, упавший в 1969 году в Австралии и получивший название Мурчесон. Хондриты СМ-группы содержат ярко выраженные хондры и непереплавленные агрегаты, погруженные в матрицу. Обычно они небольших размеров (< 0,5 мм). Отдельные минералы представлены оливином, пироксенами, хромитом, Ca-Al-силикатными стеклами и некоторыми минералами (кальцит, гипс, магнетит), являющимися новообразованиями в матрице. В небольших количествах в агрегатах (но не в хондритах) установлены высокотугоплавкие Ca-Ti-Al-минералы (табл. 3).
Матрица СМ-хондритов изучена плохо, хотя известно, что наиболее распространены в матрице септохлорит и в меньшей степени монтмориллонит. Углерод СМ-хондритов находится в виде сложных углеводородов, реже кальцита. СО-хондриты также, как и СМ-хондриты, содержат хондры, непереплавленные агрегаты, одиночные кристаллы и их обломки (табл. 3). Наибольшие различия СМ и СО в содержании хондр (значительно больше у СО).
Хондры могут состоять из гранулярного оливина, погруженного в чистое стекло, низкокальциевых пироксеновых волокон в стекле, зонарного оливина и железисто-хромистой шпинели в стекловатой основной массе. Гораздо реже встречаются хондры, состоящие из анортита (CaAl2Si2O), шпинели (MgAl2O4), диопсида (CaMgSi2O6), геленита (Ca2Al2SiO7) и стекла. Агрегаты неправильной амебовидной формы, как правило, сложены оливином с незначительной примесью пироксена, шпинели и Na-Al-силикатов. В матрице были отмечены глинистоподобные водные силикаты и оливин. Углистая составляющая - в виде сложных углеводородов. Последняя группа CV-хондритов отличается от СО-хондритов более всего по структуре (табл. 4).
Как пишет Р.Т. Додд [3, с. 88], "две особенности углистых хондритов - органические соединения и органические частицы - заслуживают здесь краткого упоминания, хотя за последние 20 лет (имеется в виду период 60-70-х годов. - Примеч. авт.) не сделано попыток возобновить работы в этом направлении_ Во всех группах углистых хондритов присутствуют очень сложные органические соединения... Неопровержимые доказательства их биогенного происхождения отсутствуют, и было показано, что набор органических соединений в углистых хондритах может возникнуть в результате абиогенных процессов". И далее: "Сейчас совершенно ясно, что жизнь не существовала в момент образования углистых хондритов, хотя в тех условиях присутствовали сложные молекулы, из которых в дальнейшем могли образоваться клетки. Интерес к этой проблеме и большому количеству связанных с ней вопросов постепенно угас и сошел на нет".
Несколько слов о возрасте хондритов. Более или менее достоверные определения рубидиево-стронциевым методом были сделаны для групп обыкновенных и энстатитовых (H, L, LL и Е) хондритов, а также для всех классов свинцово-свинцовым методом. Полученные значения находятся в интервале 4,39-4,59 млрд лет тому назад. В результате некоторые исследователи сегодня предполагают, что: 1) известные (собранные) метеориты происходят из нескольких десятков родительских тел; 2) большинство метеоритов происходят из астероидов; кометный и лунный материал, а тем более не относящийся к Солнечной системе маловероятен. Углистые хондриты также имели астероидные родительские тела, которые, возможно, были обогащены льдом и в этом отношении сходны с ядрами комет.
Другие исследователи не сомневаются в огромном поступлении на Землю именно кометного материала. Вероятно, исследователи в своих выводах опираются на один и тот же фактический материал, и поэтому крайне интересен химический состав вещества ядер наблюдаемых комет (табл. 5).
Решение проблемы происхождения углеродистого материала в углистых хондритах принципиально важно, поскольку от этого зависит развитие наших представлений о возникновении жизни вообще и на Земле в частности и об эволюции ее биосферы. В ходе наших исследований [4] особое внимание уделялось изучению с помощью электронного сканирующего микроскопа углистого вещества и обнаружению литифицированных остатков микроорганизмов, тесно сопряженных с минеральной матрицей хондритов. Это могло снять вопрос о возможной контаминации (засорении), поднимавшийся ранее при находке в метеоритах тех или иных форм биологического габитуса. Объектами исследования служили материалы падения метеорита Murchison (Австралия, 1969 год), а также метеорита Ефремовка (Казахстан, находка 1962 года). Электронно-микроскопические исследования сколов образцов, напыленных золотом, проводили под сканирующим микроскопом "CamScan" (Cambridge).
Падение Murchison относится к группе СМ-хондритов. Проведенное изучение [3] в электронном сканирующем микроскопе метеоритного материала показало, что в составе его минеральной матрицы довольно часто встречаются микроскопические структуры, которые с достаточной степенью вероятности могут быть приняты за литифицированные остатки коккоидных бактерий типа современных цианобактерий рода Gloecapsa. Можно наблюдать и общий вид макроколоний, и сколы, на которых видны более мелкие микроколонии и отдельные клетки. Размер макроколоний обычно составляет 10-16 мкм, микроколоний - 5-6 мкм. Некоторые остатки коккоидных форм по строению чрезвычайно схожи с современными цианобактериями Enthophysalis granulosa. Кроме того, в матрице метеорита Murchison были обнаружены литифицированные остатки нитчатых микроорганизмов. В некоторых случаях они сохранили даже детали клеточного строения, ветвились и имели сходство с грибными мицелиями или актиномицетами (рис. 1).
Исследование метеорита Ефремовка, отнесенного к углистым хондритам типа СО, также показало наличие в матрице структур, сходных с микроорганизмами как коккоидной, так и нитчатой форм (рис. 2). Одни формы морфологически сходны с мелкими однолеточными цианобактериями рода Aphonotheceae, как бы вмонтированными в матрицу углеродистого хондрита. На поверхности микроколоний обнаруживаются полые сферы, которые можно рассматривать как остатки клеток и их капсул. Часто обнаруживаются короткие цепочки мелких коккоидных клеток, которые иногда не полностью разделены и образуют диплококки. Характер строения некоторых нитчатых образований позволяет отнести их к остаткам чехлов и трихомов цианобактерий типа Microcoleus. К мицелиальным грибам или актиномицетам, вероятнее всего, принадлежат разветвленные нитевидные структуры. Связь этих остатков микрофоссилий с минеральной матрицей хондрита настолько тесная, что предположить их происхождение контаминацией весьма трудно. Все же следует сделать два замечания. Первое - метеорит Ефремовка пролежал в Земле какое-то время. Заражение грибами и их быструю фоссилизацию с трудом, но можно допустить. Сложнее с цианобактериями, которым нужен свет и им нет смысла "лезть" внутрь метеорита. Второе - Мурчисон был поднят очень быстро, и в этом случае даже грибное заражение практически исключено.
Таким образом, в углеродистых хондритах присутствуют литифицированные остатки микроорганизмов, главным образом входящих в состав цианобактериальных матов. Принадлежность большей части микрофоссилий к минеральной матрице дает основание считать их первичными по отношению к породе и соответственно признать биогенную природу углеродистого вещества содержащих их метеоритов. Выявленные остатки микроорганизмов, вероятно принадлежащие к цианобактериям, указывают на формирование вещества углистых хондритов в водной среде. Таким образом, с неизбежностью следует вывод о том, что по крайней мере 4,5 млрд лет тому назад где-то за пределами Земли существовала жизнь на уровне бактерий и, может быть, низших грибов. Не хотелось, чтобы после прочтения статьи сложилось впечатление, что вопрос очевиден и только следует представить себе возможные последствия.
Опубликованные Н.П. Юшкиным [5] данные о форме кристаллов керрита из древних (1,7 млрд лет тому назад) пород создают дополнительные сложности, поскольку он обнаружил полимерные кристаллы, внешне сходные с бактериями. Очевидно, что только морфологическое опознание цианобактерий, грибов и других микроорганизмов не может считаться достаточным и следует искать новые пути подтверждения или опровержения биогенной природы части материала углистых хондритов. Однако все же если мы действительно обнаружили микроорганизмы в хондритах, то вынуждены будем существенно пересмотреть многие устоявшиеся представления о развитии Солнечной системы и происхождении жизни.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баренбаум А. Галактическая цикличность земных катастроф. В сб.: Экосистемные перестройки и эволюция биосферы. М.: ПИН РАН, 1995. В. 2. С. 30-34.
2. Додд Р.Т. Метеориты. Петрология и геохимия. М.: Мир, 1986. 384 с.
3. Жмур С.И., Розанов А.Ю., Горленко В.М. Литифицированные остатки микроорганизмов в углистых хондритах // Геохимия. 1997. ╧ 1.
4. Заварзин Г.А., Розанов А.Ю. Бактериальная палеонтология // Вестн. РАН. 1997. ╧ 1.
5. Yushkin N.P. Natural Polymer Crystals of Hydrocarbonas as Models of Prebiological Organisms // J. Cryst. Growth. 1996. 5005. P. 1-11.
* * *
Алексей Юрьевич Розанов, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры палеонтологии МГУ им. М.В. Ломоносова, директор Палеонтологического института РАН. Область научных интересов: палеонтология, палеогеография и стратиграфия верхнего докембрия и кембрия, эволюция биосферы, бактериальная палеонтология. Автор более 250 работ, включая 21 монографию.
