Столкновения, дающие жизнь

На Земле история массовых вымираний связана с мощными столкновениями с астероидами. Однако на нашей планете очень хорошие условия для жизни. Она процветает, и куда бы ни ударил астероид, если только не вблизи полюса, он способен уничтожить огромное количество организмов.

Если же условия на планете не такие благоприятные, то столкновения могут иметь обратное последствие, создавая поры и разломы в породе, где могут спрятаться хотя бы простейшие организмы, микробы и бактерии.
Последние 2.5 миллиарда лет жизнь на Земле защищена озоновым слоем. Без него большая часть организмов погибнет под ультрафиолетовыми лучами нашего светила. Однако жизнь на планете существует на миллиард лет дольше. Крохотные организмы, населявшие Землю этот миллиард лет, неуклонно выполняли свою работу – обогащали атмосферу нашей планеты кислородом, который под лучами ультрафиолетового света и образует озон, защищающий поверхность.
Выходит, в течение целого миллиарда лет на Земле условия для современной жизни были непригодными из-за огромного потенциала ультрафиолетовых лучей в повреждении молекул ДНК. В течение этого времени простые организмы должны были выживать в неблагоприятных условиях, чтобы проложить путь сложным организмам. Поэтому выяснение механизмов выживания микробов на неприятной планете – этап в понимании эволюции жизни на нашей и других планетах.
Существует несколько предположений относительно способов защиты древних микробов от ультрафиолетового излучения. Микробы могли иметь толстую, со множеством слоев, внешнюю оболочку, разрушающиеся внешние слои которой быстро заменялись новыми. Другой путь – жизнь под прикрытием толстого слоя породы, в трещинах и порах камней. Породы, образующиеся при нагреве или действии ударной волны после мощного удара, очень хорошо для этого подходят. Период с 4.2 до 3.8 миллиардов лет назад как раз был богат подобными ударами, ведь внутренняя Солнечная система испытала тогда позднюю тяжелую бомбардировку. Кометы и астероиды сыпались на небольшие планеты около Солнца. Бомбардировка закончилась как раз к моменту появления первой жизни на Земле.
«Хотя мы обычно рассматриваем столкновения как разрушительные явления, которыми они, конечно, являются, они также могут изменить геологию непригодного для жизни места», – говорит первый автор исследования Кейси Брис, сотрудница Университета Эдинбурга. К такому выводу привело сотрудников Астробиологического центра Соединенного королевства, расположенного в Университете, изучение образцов гнейса из кратера Хотон в полярных районах Канады. Возраст кратера – около 39 миллионов лет, его диаметр – 16 километров.
«Там очень холодно, а что особенно интересно, очень сильно действует ультрафиолетовое излучение, в особенности летом, когда Солнце не заходит, – говорит Брис. – Поначалу нам показалось, что никакой жизни в кратере нет. Но первый же раздробленный камень оказался заселен зеленой колонией фотосинтезирующих бактерий. Они обитают под самой поверхностью камня, и их особенно много в сильно поврежденных столкновением образцах».
Удары астероидов создают не только разломы и поры, в которых бактерии могут поселиться. Раздробление камня позволяет свету проникать глубже, чтобы бактерии могли производить кислород при фотосинтезе. На глубине 2 миллиметров организмы в гнейсах получают в десять раз меньше ультрафиолетового излучения, разрушающего ДНК, но все еще получают достаточно света оптического диапазона для эффективного фотосинтеза. Поры не только защищают организмы от ультрафиолетового излучения, но также позволяют воде проникать вглубь породы. Вода, заведомо более теплая, чем камни, обеспечивает организмы теплом и питательными веществами, которые она собирает из минерала при своем течении.
Изучение образцов из полярных кратеров дает важную возможность убедиться в общей ценности гипотезы благотворного влияния столкновений на раннюю жизнь. Однако уровень ультрафиолетового излучения сейчас отличается от наблюдавшегося миллиарды лет назад, а обнаруженные в образцах организмы могут обитать там недолго, поселившись прямо перед началом изучения. Поэтому полевые наблюдения были дополнены лабораторными исследованиями, в которых в течение двух лет пористые и богатые фотосинтезирующими организмами камни подвергались усиленному воздействию ультрафиолетового излучения, аналогичному земному времен зарождения жизни.
Лучшей лабораторией для такого исследования является Международная космическая станция. Она находится над озоновым слоем и потому получаемое на орбите вокруг Земли ультрафиолетовое излучение приближено к условиям на молодой Земле, лишенной кислорода и потому озонового слоя. Микробы, отправившиеся в космос, были помещены в образцы из кратера толщиной в 5 миллиметров. Поры в них имеют размер от 10 до 200 микрон.
Под воздействием ультрафиолетового излучения бактерии росли медленнее, чем на Земле, но не умерли. При этом аналогичные организмы, помещенные на стеклянные образцы, были уничтожены при интенсивности ультрафиолетового излучения, в сто раз меньшей, чем наблюдалась на молодой Земле.