Признаки или маркер жизни

На Земле молекулярный кислород (O₂), состоящий из двух соединенных друг с другом атомов кислорода, а также озон вырабатываются живыми организмами. В результате фотосинтеза земные высшие растения, например деревья и цветущие растения, становятся практически неисчерпаемым источником кислорода, что и объясняет его нынешнее изобилие в атмосфере. Молекула озона (O₃), состоящая из трех атомов кислорода, возникает вследствие разрушения и рекомбинации молекулярного кислорода, из-за чего озон считается показателем высокой концентрации кислорода на Земле. До появления жизни количество кислорода было пренебрежимо мало, о чем свидетельствует химический состав древнейших минералов. На сегодняшний день принято считать, что первые живые организмы на нашей планете — прокариоты — возникли около 3,8 млрд лет назад. Это были относительно простые организмы, предшественники современных бактерий, — простые, но исключительно живучие и приспособляемые. В последующие 600 млн лет прокариоты колонизировали Землю и процветали, не ведая конкуренции, осваивая всевозможные комбинации «пищи» и метаболизма. Например, метаногены, как явствует из названия, выделяют в качестве отходов жизнедеятельности метан, а Shewenella putrefaciens питается трехвалентным железом (Fe₃+)и выделяет двухвалентное железо (Fe₂+), запасая высвобождающуюся при этом энергию. Другие прокариоты питались сульфатами, нитратами и цианидами. Если бы мы смогли получить инфракрасный спектр Земли в то время, то увидели бы на нем признаки наличия водяного пара, углекислого газа и, возможно, незначительного количества метана и соединений азота или серы, выделяемых этими организмами. Признаки озона совершенно точно отсутствовали бы. Для большинства наших древних предков кислород был таким же смертельным ядом, каким для нас является цианистый калий. Лишь когда концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, возобладал дарвиновский естественный отбор и некоторые прокариоты научились пользоваться кислородом. Это стало ключом к успеху.

Эволюция от прокариот к более развитым одноклеточным организмам (эукариотам), а затем к многоклеточным заняла около миллиарда лет и стала одним из самых важных событий в истории жизни на Земле. Именно кислород, обеспечивающий намного больше энергии, чем все, что питало предшествующие формы, объясняет высокие темпы развития земной жизни. Организмы осваивали сложные процессы, меняющиеся на протяжении сотен миллионов лет в соответствии с текущими условиями существования. В последние 500 млн лет, отличающиеся умеренным климатом и изобилием пищи, успешной стратегией выживания стал гигантизм, о чем свидетельствует эра динозавров. Однако в период сокращения кормовой базы и ухудшения климата лидерство перехватили не столь крупные, но более адаптивные теплокровные — млекопитающие. Наши древнейшие предки прокариоты не исчезли с лица Земли, но вынуждены были спрятаться от кислорода в такие места, как гидротермальные источники и скалы с высоким содержанием металлов и силикатов. Эти укромные уголки до сих пор служат средой обитания экзотических сообществ микробов, вероятно очень похожих на самых первых обитателей Земли.

Еще одним гениальным достижением земной жизни стала эволюция самого важного биохимического процесса в известной нам Вселенной — фотосинтеза. С его помощью растения и некоторые бактерии могут запасать энергию солнечного света в химических связях клеток своих тканей. Не будь фотосинтеза, высокоразвитая жизнь не смогла бы развиться из-за нехватки пищи или возобновляемой энергии, достаточной для поддержания сложных организмов. Высшие растения имеют фотосинтезирующий пигмент хлорофилл, способный улавливать солнечный свет и производить глюкозу и молекулярный водород. Таким образом, высокое содержание кислорода в атмосфере является прекрасным примером «биомаркера» — признака, что на планете имеется или имелась когда-либо в прошлом жизнь. Для полноты картины следует упомянуть пурпурные сульфобактерии — чрезвычайно древние фотосинтезирующие организмы, использующие в процессе фотосинтеза не воду, а сероводород (H₂S). В отличие от зеленых растений, эти бактерии не выделяют кислород.