Atklājumi.lv

e-žurnāls par zinātni, cilvēku un rītdienas tehnoloģijām

Vai Zeme ir dzīvības šūpulis?

Cik par to ir runāts! Cik ir dzirdēts teoriju – piemēram, par „pirmatnējo buljonu"! Runa nav par to, vai uz Zemes notika dzīvības evolūcija? Runa ir par to, kā viss sākas.

Februārī viens no mūsu rakstiem bija veltīts māliem kā videi, kurā varēja veidoties organiskās molekulas. Arī „buljona" piekritēji mēģina stiprināt savas pozīcijas – 2010. gada jūlijā bijis publicēts Doriano Brodžoli raksts par ķīmiskām reakcijām, kuru rezultātā varētu sintezēties aminoskābes un pastāv teorētiska iespēja, ka šajās reakcijās pats par sevi var izveidoties stāvoklis, kad sākas virzīta evolūcija efektīvāka replikatora virzienā. Hipotēzei par visa dzīvā vienotu senci ir lielāka ticamība salīdzinoši ar hipotēzi par dažādu organismu grupu attīstību no dažādiem senčiem. Vairāki biologi ir pārliecināti par dzīvības izcelšanos no „pēdēja universāla kopēja senča" (last universal common ancestor, LUCA), bet šajos darbos nav apspriests jautājums par dzīvības izcelšanās vietu – vai tā noteikti ir Zeme jeb dzīvība šeit ienesta no Kosmosa.

Bet tieši šis jautājums – no kā viss sākas - ir ļoti interesants.

Jautājums par dzīvības izcelšanos un tālāku attīstību cieši saistīts ar skābekļa parādīšanos atmosfērā un ūdens krājumiem uz zemes virsmas. Vairākums ģeoloģijas grāmatu stāsta, ka skābeklis un ūdens uz Zemes parādījās pirms 2-2,5 miljardiem gadu, tad arī parādījās dzīvība. Bet 2008. gadā Science publicēts Džonatana O'Nīla un kol. raksts par senāko iežu pētījumiem. Rakstā O' Nīls pierāda, ka Zemes garozas kristāliskā pamatklintāja senākie ieži veidojušies pirms 4,28 miljardiem gadu.

Sakarā ar šo rakstu Canadian Press publicēja interviju ar O'Nīlu, kurā viņš teica:

"Vairākas detaļas liecina par ūdens esamību iežu veidošanās laikā, un tas nozīmē, ka toreiz jau eksistēja okeāni, kuros apstākļi atšķiras no mūsdienu okeānu apstākļiem, bet ne tik katastrofālā veidā, lai nevarētu tos salīdzināt. Un šie apstākļi bija tādi, ka dzīvība varēja eksistēt. Nav konkrētu atradumu, bet konstatēts ļoti liels dzelzs saturs iežos. Savukārt, iežu bagātināšana ar dzelzi varēja notikt tikai ar baktēriju palīdzību. Un tas ir dzīvības eksistēšanas apliecinājums."

Bet no atsevišķām organiskām molekulām līdz baktērijām ir pārāk liels ceļš, lai to varētu paveikt 300 miljonu gadu laikā, jo Zemes vecums ir 4,6 miljardi gadu!

2010. gada decembrī Krievijas TV kanālā „Kultūra" lekciju ciklā „Academia" ar 2 lekcijām par tēmu „Dzīvības rašanās uz Zemes" uzstājās Aleksejs Rozanovs, Krievijas ZA akadēmiķis, Krievijas ZA Paleontoloģijas institūta direktors, ģeoloģijas un mineraloģijas doktors, bakteriālās paleontoloģijas pamatlicējs. Tagad šīs lekcijas var noklausīties portālā evolbiol.ru. Kāds ir Rozanova stāstījuma kopsavilkums?

Pirms 4 miljardiem gadu krasi samazinājusies Zemes bombardēšana ar meteorītiem un komētām. Un kopš tā laika notiek Zemes iekšējās daļas atdzišanas process. Kaut joprojām nav aprēķinu, kā šis process saistīts ar Saules temperatūru, kas pieaug Saulei pakāpeniski noārdoties, tomēr nevar būt ne runas par siltumnīcas efektu.

Paleontoloģijas, Bioķīmijas u.c. institūtos Krievijā, kā arī sadarbībā ar NASA tika veikti 3-4 miljardu gadu seno iežu, konkrēti - fosforītu pētījumi un visos paraugos konstatēta dzīvība fosilizēto organismu veidā. Par to var pārliecināties, ar elektronu mikroskopu aplūkojot katru paraugu. Faktiski nav lielas atšķirības starp senākajiem, kembrija perioda un mūsdienu iežiem. Laika periodā no 4 līdz 2,5 miljardiem gadu nogulumiežu daudzums sasniedz 75-80 %, bet tas nozīmē, ka tajā laikā eksistēja okeāni. Pirms 4 miljardiem gadu – nav nogulumiežu – nav ūdens. Kopš 3,8 miljardiem gadu ūdens ir visu laiku, pirms 1,3 miljardiem gadu – stabils okeānu režīms. Tas viss ir dokumentēts iežos sākot ar 4 miljardu gadu vecumu. Uz īpaša grafika parādītas sakarības starp nogulumiežu atradumiem, ūdens daudzumu un organismu attīstību.

Pētot 4-2,5 miljardu gadu senus iežus, starp monacītu (1) graudiem tika konstatēti interesanti ieapaļoti veidojumi, kas izrādījās baktērijas, taču atrada arī citus organismus, piem., foraminiferas. A. Rozanovs savu stāstu papildināja ar attēliem, kas uzņemti ar elektronu mikroskopu. Viens no pierādījumiem par dzīvo organismu eksistēšanu salīdzinoši ātri pēc Zemes izveidošanās ir īpašas līmveida vielas esamība iežos.

Šajos senākajos iežos atrastās eikariotu aļģes, cianobaktērijas un stromatolīti liecina par skābekļa esamību.

3 miljardu gadu vecos paraugos no Lopea Karēlijā labi saskatāmas baktērijas ar dzelonīšiem, kas pēc Rozanova domām liecina par to, ka tās tiešam ir eikariotās baktērijas. Dēdēšanas garozā (2), tās spraugās atrasti eikarioti – nevis piesārņojums, bet 3 mlrd. g. veci, un tas pierāda dzīvības eksistēšanu uz sauszemes agrāk, nekā līdz šim tika apgalvots. Tikai skābekļa klātbūtnē var dzīvot zaļās aļģes, bet tās atrastas fosforītos. 2010. gada rudenī dēdēšanas garozā tika konstatētas arī sarkanās aļģes bet tie ir jau daudzšūnu organismi. To eksistēšana bezskābekļa vidē nav iespējama.

Laika intervālā pirms 2,2-2 miljardiem gadu ir ļoti liela organismu dažādība. Fosīlijās labi saskatāmas apvalku krokas. Šādas krokas var veidoties tikai gadījumā, ja šūnu apvalki sastāv no pektīnu vielām – vēl viens eikariotu esamības pierādījums. Labi saskatāmi 1,1 miljardu gadu gadu veci organismi, kas līdzīgi sēņu kolonijām. Un beidzot – atrasti fosilizēti organismi, kuru attēlus Rozanovs demonstrē, kas atgādina zemes tārpus, un viņu pārvietošanas pēdas – un tie jau ir nevis vienkārši daudzšūnu organismi, bet īsti ķermeņi – celomi ar nervu mezgliem un asinsvadu sistēmu (atradumi Čehijā, vecums 1,4-1,6 miljardi gadu).

Runājot par vides apstākļiem laikā pirms 1,3 miljardiem gadu, nepieciešams ņemt vērā, ka tie bija diezgan stabili, ar vidējo temperatūru C15o, stabīlu ūdens līmeni un labi saskatāmu klimatisko zonalitāti, kas izveidojās jau pirms 3 miljardiem gadu, par ko liecina ledāju liecību izpēte klintīs.

Jaunākiem laikiem – kembrijam, devonam, ordovikam izveidotas kartes, kurās parādīts kontinents – Gondvana, viss pārējais – milzīgs okeāns un uz tā daudz iekšējo jūru, kas bija silti sekli ūdens baseini. Tajos savādāk nekā okeānā notika sedimentācija (nogulumu uzkrāšanās), kā arī dzīvība atšķīrās no okeāna dzīvības. Piemēram, ļoti labi saglabājušās 540 miljonu gadu vecas cianobaktērijas iežos no Hopsugulas Mongolijā. Līdz mūsdienām brīnišķīgi saglabājas šo organismu rādītas organiskās vielas.

NASA zinātnieki Hjūstonas un Fon Brauna centros strādājuši ar meteorītu izpēti. Meteorītu vecums ir līdzīgs zemes vecumam, bet tajos ir tie paši organismi. Tas nozīmē, ka meteorītos atrastā dzīvība ir senāka, nekā vissenākā dzīvība uz Zemes. (I)

Akadēmiķis Aleksejs Rozanovs lekcijas beigās secina, ka dzīvība nevarēja rasties uz Zemes Tieši meteorīti to atnesa uz Zemi. Dzīvība viņaprāt nevarēja attīstīties uz Zemes no tā dēvātā "pirmatnējā buljona", ja komētu vīrusi ir vecāki nekā Zeme.

Avoti un literatūra:

evolbiol.ru. Лекции А. Ю. Розанова о зарождении жизни на земле (т/к "Культура"): Часть 1, Часть 2.

D. Brogioli. Marginally stable chemical systems as precursors of life// Phys. Rev. Lett. 105, 058102 (30 July 2010).

Douglas L. Theobald. A formal test of the theory of universal common ancestry // Nature. 2010. V. 465. P. 219–222.

Mike Steel, David Penny. Common ancestry put to the test // Nature. 2010. V. 465. P. 168–169.

Jonathan O'Neil, Richard W. Carlson, Don Francis, Ross K. Stevenson. Neodymium-142 Evidence for Hadean Mafic Crust // Science. 26 September 2008. V. 321. Р. 1828–1831. DOI: 10.1126/science.1161925.

Paskaidrojumi un piezīmes:

(1) Monacīts (Ce,La,Nb,Th)[PO4] ir fosfātu klases minerāls, kas satur līdz 10 % torija oksīda. Kristāli var būt gan prizmas, gan plāksnītes, gan arī ir sastopami atsevišķu graudiņu vai ieslēgumu veidā pegmatītu dzīslās laukšpatos, granītos. Krāsa bieži ir sarkanīgi brūna, dzeltenīgi brūna, retāk zaļagana. Minerāls bieži ir radioaktīvs. Slikti šķīst sālskābē. Monacīts ir ļoti augstvērtīga retzemju elementu un torija rūda.

(2) dēdēšanas garoza – ieži zemes virsmā, pakļauti ārējo faktoru iedarbībai.

(I) Līdz šim izteiktie paziņojumi par dzīvības (baktērijas, vīrusi) atrašanu meteorītos ir pretrunīgi un neviens no tiem nav saņēmis vispārēju astrobiologu atzinību. Sk. piemēram reakciju uz NASA pētnieka Ričarda Hūvera neseno publikāciju Fossils of Cyanobacteria in CI1 Carbonaceous Meteorites: http://news.yahoo.com - Red. piezīme.