Значимость соотношения между уровнями атмосферного кислорода и марсианской эволюции была впервые выявлена астробиологом Крисом Маккеем в серии смелых статей, опубликованных в 1996 году [65, 66]. В этих статьях Маккей утверждал, что мы не должны воспринимать темпы эволюции на Земле как единственно возможную модель. Земле понадобились 3,2 миллиарда лет с окончания периода тяжелой астероидной бомбардировки, который начался 3,8 миллиарда лет назад, чтобы произвести многоклеточную жизнь, но так как скорость эволюции обусловлена присутствием кислорода, на Марсе этот процесс предположительно мог пойти гораздо быстрее. Теплый и влажный период юности Марса длился всего около 1 миллиарда лет, прежде чем атмосфера из CO2 разредилась и планета потеряла свой благотворный парниковый эффект. На Земле эволюция, действуя в течение такого промежутка времени, могла только образовать бактерии. На Марсе при наличии больших количеств свободного кислорода эволюция могла бы пойти намного дальше. Она могла произвести ядерные клетки. Она даже могла произвести сложных многоклеточных животных и растения.
В 1996 году, когда Маккей предложил эти идеи, многие люди, в том числе и я, посчитали их слегка фантастичными. Но, когда Фридман продемонстрировал марсианские чувствительные к магнитному полю бактерии, взгляд на идеи Маккея изменился. Он показал, что на Марсе всего через 200 миллионов лет после окончания тяжелой бомбардировки были создания, аналогичные тем, что на Земле появились только через 1,6 миллиарда лет. Внезапно идеи Маккея показались не такими уж странными.
Марс и происхождение жизни на Земле
Происхождение жизни на Земле остается загадкой. Несмотря на столетия исследований, предпринимаемых бесчисленными учеными, так и не удалось получить хоть каких-то доказательств того, что на Земле есть или были когда-либо в прошлом любые свободно живущие микроорганизмы проще, чем бактерии. Поразительный факт: хотя о бактериях часто думают как о простейших формах жизни, на самом деле это очень сложные молекулярные машины, использующие хитроумные механизмы, чтобы обеспечить себе выживание, метаболизм, рост, размножение, мобильность и бесчисленное множество других функций. Таким образом исключено, что бактерии могут на самом деле представлять самые ранние формы жизни, которая возникла из химических соединений. Значит, был период предварительной эволюции, начавшейся с гораздо более простых форм – они развились в сложные организмы, которые мы называем бактериями. Тем не менее у нас есть хорошие окаменелые останки существовавших на Земле 3,5 миллиарда лет назад цианобактерий, по виду похожих на современные формы. То есть они появились всего через 300 миллионов лет после окончания тяжелой бомбардировки, которая делала зарождение жизни невозможным. Это чрезвычайно короткий срок, чтобы земные бактерии могли эволюционировать из химических соединений. К тому же окаменелости показывают, что в течение последующих 2 миллиардов лет темпы эволюции на нашей планете были гораздо медленнее.
С математической точки зрения очевидно, что наиболее быстрыми темпами эволюционные изменения в биосфере идут в настоящее время, и чем дальше мы заглядываем в прошлое, изучая известные окаменелости, тем медленнее, как показывают данные исследований, там идет эволюция. Таким образом, бактериям понадобились 2 миллиарда лет, чтобы развиться достаточно для появления ядерных одноклеточных организмов (эукариотов), и еще всего 900 миллионов лет, чтобы произвести первые настоящие многоклеточные растения и животных. В следующие 400 миллионов лет мы видим сложные сосудистые растения, рыб, амфибий, рептилий и предков млекопитающих, а в следующие 200 миллионов лет – деревья с семенами, травы, цветущие растения, динозавров, птиц, млекопитающих и человека. Как мы уже знаем, этот темп коррелирует с концентрацией кислорода в атмосфере. Но общая закономерность прослеживается еще в том, что чем более развитой становится жизнь, тем больше ее способность к еще ускоренной эволюции. Поэтому трудно представить, что простейшие формы жизни, которые предшествовали бактериям, сумели преодолеть огромную эволюционную пропасть, отделяющую органические соединения от сложных бактерий, в мгновение ока по геологическим меркам, а затем эволюция притормозила на следующие 2 миллиарда лет. Если уж на то пошло, простейшие предки бактерий, жившие в среде, лишенной кислорода, должны были добиваться эволюционного подъема самыми утомительными способами.
Кроме того, как упоминалось выше, на Земле не сохранилось примеров организмов этого класса. Это выглядит странно и не очень хорошо объясняется предположением, что подобные существа пришли в упадок из-за более высокоразвитых бактерий. В конце концов, несмотря на появление более сложных эукариотов, бактерии все еще очень многочисленны, и одноклеточные эукариоты живут довольно неплохо, несмотря на то что эволюция пошла дальше в сторону более сложных животных и растений. Сложность всегда достигается ценой затрат на эволюцию, оставляя достаточно места для более простых организмов, которые предшествуют более сложным формам.
Таким образом, хотя бактерии могли быть не первой формой жизни, и окаменелости, и текущие биологические исследования решительно поддерживают утверждение, что бактерии были на самом деле первой формой жизни на Земле. Единственный способ разрешить это противоречие – предположить, что бактерии эволюционировали не на Земле, но прибыли сюда полностью оформившимися из космоса. Эта гипотеза, широко известная как «гипотеза панспермии», подтверждается наблюдением, что многие разновидности бактерий имеют приспособления, которые позволяют им переживать длительную спячку в условиях глубокого вакуума, чрезмерного холода и высокого уровня радиации, то есть в условиях, характерных только для космоса. Обычно в биологии за все приспособления приходится платить, и те, в которых нет пользы, исчезают. Если бы мы нашли вид сухопутного животного с рудиментарными органами для жизни в воде, мы бы предположили, что его предки пришли из моря. Аналогичным образом, можно утверждать, что приспособленность к жизни в космосе среди бактерий подтверждает: их предки явились именно оттуда.
Гипотеза панспермии непопулярна среди исследователей происхождения жизни, потому что она обходит стороной ключевой вопрос в интересующей их области: происхождение живых существ из неживых химических соединений. Действительно, панспермия не имеет отношения к этой проблеме, поскольку предполагает, что жизнь, возможно, возникла в более благоприятной среде, чем была на ранней Земле. Это могла быть планета с химически восстановленной средой, благоприятной для образования аминокислот, что показали в 1950 году эксперименты Миллера и Ури [67]. В этих экспериментах Стенли Миллер, аспирант профессора Гарольда Ури, обеспечил себе научное бессмертие, смешав метан, аммиак и водяной пар в колбе и пропустив через смесь электрическую искру, чтобы произвести большое количество аминокислот, которые в биологии считаются основными (а до исследований Миллера считались единственными). Эти эксперименты были подвергнуты критике как не относящиеся к происхождению жизни, потому что в ранние периоды земная среда была более окислительной и реакции Миллера – Ури пошли бы в ней не сразу. Однако если панспермия возможна, то эти критические замечания спорны. Независимо от того, имеет ли гипотеза панспермии отношение к вопросу распространенности жизни во Вселенной, она бросает на него обширную тень.
