По мнению челябинских ученых, жизнь вышла из недр «черных курильщиков»

15 Января 2018 Автор: Евгений Аникиенко Фото: Вячеслав Шишкоедов
По мнению челябинских ученых, жизнь вышла из недр «черных курильщиков»

Изучая медноколчеданные месторождения Урала, ученые обнаружили в них древнейшие аналоги современных вулканических дымящихся курганов, «черных курильщиков» (black smokers), и гидротермальных оазисов жизни. И высказали сенсационную гипотезу: «черные курильщики» не только место заселения жизнью, но и ее зарождения.

По мнению ученых, «природное электричество», сопровождающее извержения вулканов, запустило процесс химического синтеза кирпичиков жизни — аминокислот, а затем — ДНК, которые выстроили цепочки белков.

Напомним, что согласно традиционным представлениям жизнь на планете стала возможна благодаря механизму фотосинтеза — преобразования солнечного света в биоэнергию, которую организмы получают с пищей. Но всегда ли это было так? И кто же все-таки мы: потомки инопланетян, «дети света» — фотосинтеза или выходцы из «темного мира» хемосинтеза, чьи предки, подобно мифическим гномам, вышли из подводных дымящихся курганов? Об этом — наш разговор с первооткрывателем палеогидротермальных оазисов «черных курильщиков», главным научным сотрудником Института минералогии УрО РАН (Миасс), заведующим кафедрой геологического факультета ЮУрГУ, профессором Валерием Масленниковым, доктором геолого-минералогических наук, членом-корреспондентом РАН.

Вышли «из рифта»?

— Согласно теории академика Александра Опарина и вулканолога Евгения Мархинина, жизнь на Земле возникла на суше, из «первичного бульона» у вулканов, под воздействием ударов молний...

— Действительно, вулканы — мощный поставщик энергии, необходимой для происхождения и поддержания и жизни. Но, на наш взгляд, она возникала в полной темноте на больших глубинах архейских и фанерозойских океанов, на поверхности гидротермальных труб «черных курильщиков». В древних протерозойских толщах обнаружены лишь скудные следы жизни. А начало палеозоя (541 млн лет назад) ознаменовалось не только взрывообразным расцветом жизни в океанах, но и совпало с мощным началом циклической эпохи колчеданообразования.
 
— И все-таки, где «колыбель жизни»?

— Колыбель первичной жизни — это скорее всего архейские палеоокеаны, возникшие 2-4 млрд лет назад. Первые фрагменты гидротермальных труб, аналогов современных «черных курильщиков», найдены нами в рудах месторождений, сформированных в архейских палеоокеанах на месте Канады и Западной Австралии. Фрагменты «курильщиков» мы обнаружили в рудах 32 медноколчеданных месторождений. Причем если на Алтае, в США, Канаде,Турции и Японии лишь «штучные» трубки «палеокурильщиков», то в нашем регионе, именно на Урале, собрана лучшая в мире «коллекция»!

Добавлю, что мы обнаружили на Урале и самые древние гидротермальные оазисы раннего палеозоя. За последние 20 лет нами в уральских рудах выявлено шесть новых родов оруденелой пригидротермальной фауны. В зонах раздвига океанической коры древнего океана — рифтах формировались аналоги современных черных, серых, белых и мерцающих «курильщиков», которые заселялись трубчатыми червями и моллюсками. Не исключено, что в них многократно повторялось и таинство зарождения жизни.

«Генератор» жизни

— А почему, на ваш взгляд, искра первичной жизни зажглась в жерлах подводных «курильщиков»?

— Мы изучили минеральный состав гидротермальных труб древних и современных «черных курильщиков», и оказалось, что он по электрофизическим свойствам во многом соответствует строению термоэлектического генератора! Замеры, недавно проведенные японскими учеными, подтвердили эту гипотезу: гидротермальные трубы оказались природными «батареями», или постоянными источниками электрической энергии. Именно она, на наш взгляд, и послужила искрой, зародившей жизнь.

Кроме того, «черные курильщики» окружены ареалами инфракрасного излучения, термолюминесценции и тепла, ускоряющими биохимические реакции. С другой стороны, эти курганы, как термоэлектрические генераторы, запускали процесс электролиза воды с образованием водорода и кислорода. Окисление водорода и гидротермальных газов высвобождает огромную энергию, необходимую для синтеза органических соединений и поддержания бактериального хемосинтеза. Недавно немецкие химики экспериментально доказали, что в условиях гидротермальных горячих источников может происходить синтез органических веществ, в том числе и при электрических разрядах. В какой-то момент агрегаты, или цепочки органических кристаллов, превращались в микроорганизмы, жизнь которых обеспечивалась выделяющейся энергией окисления водорода, метана и сероводорода. Искра первичной жизни скорее всего зажглась на поверхности гидротермальных труб океанических «черных курильщиков».

«Живая» руда

— Как складывалась жизненная цепочка эволюции?

— Она развивалась циклично, со взлетами и падениями. На первом этапе доминировал бактериальный хемосинтез на основе окисления гидротермальных газов. На втором, после затухания гидротермальной активности, расцветали серобактерии, окислявшие серу твердых сульфидов. Затем их место занимали окислявшие железо бактерии. А с исчезновением сульфидов они переходили на окисление железа вулканических стекол. Недавно в журнале Ore Geology Reviews опубликована статья нашей сотрудницы Нурии Аюповой, в которой она доказывает, что в палеозое бактерии «питались» не только сульфидами, но и вулканическими стеклами. Конечным продуктом процесса подводного биохимического выветривания стали месторождения железные руд.

— Как развивалась «химия жизни»?
 
— Микроорганизмы за миллионы лет эволюционировали в более сложные «колонии клеток», в животных. Бактериальный хемосинтез — основа жизни глубоководных трубчатых червей и моллюсков, а они служат пищей для подводных плотоядных рыб и крабов. Так химическая энергия окисления сероводорода, метана и водорода ведет к синтезу органических соединений, преобразуется в энергию высокоорганизованной жизни! После столкновения материковых плит на месте океана вырос Уральский хребет, а растения и животные вышли на сушу.

Уголь и руда не единственное наследие древней жизни! В поздних мелководных морях оставались лишь участки газовых просачиваний с так называемыми бактериальными матами и тафоценозами — «кладбищами» органики. В ходе их ферментации накапливалась нефть.

Экспедиция в глубину

— И этот природный механизм продолжает работать и сегодня?

— И в наши дни в глубинах океанов в полной темноте доминирует мир хемосинтеза: процветают экосистемы «черных курильщиков», бактерии разлагают сульфиды и вулканические стекла. Мне посчастливилось участвовать в одном из последних рейсов в Атлантику на судне «Академик Келдыш» и даже погружаться в батискафе «Мир-2» к «черным курильщикам» поля Рейнбоу (Радуга) на глубину 2400 метров. Полученные уникальные материалы помогают понять причины минерального и биоразнообразия гидротермальных систем.

Также мы обнаружили, что рифы, сложенные живыми кораллами, могут встречаться и на огромных глубинах! Их мы нашли в зонах газовых просачиваний водорода на подводном хребте Рекьянес в Атлантическом океане. Это послужило еще одним подтверждением нашей гипотезы, что известняки, встречающиеся в колчеданных месторождениях Урала (Межозерный рудный узел), возможно, являются глубоководными представителями водородных оазисов жизни.

— А почему ядовитые испарения «черных курильщиков» не уничтожили зародыши жизни?

— Мы выяснили, что, несмотря на токсичность гидротермальной среды, в ней, как в давно ушедшие эпохи, сегодня продолжает развиваться жизнь. Но пригидротермальная фауна встречается не на всех колчеданных месторождениях. Главная причина — большая концентрация высокотоксичных элементов. А там, где в сульфидах было больше железа, кобальта, селена, никеля и других полезных микроэлементов, бурно процветала глубоководная жизнь.

— Но одно из условий жизни на Земле — кислород. Как им обогатилась атмосфера, если зеленые растения, по вашей версии, появились позже палеофауны?

— Действительно, кислород — главный элемент жизни как в мире фотосинтеза, так и хемосинтеза. В древние эпохи кислород, как и водород, мог быть продуктом электролиза океанской воды в условиях «термоэлектрических генераторов» «черных курильщиков». Вполне возможно, что первый кислород — это заслуга не фотосинтеза, а термоэлектрохемосинтеза! А уже затем солнечная радиация и фотосинтез кислорода привели к разнообразию и процветанию животного и растительного мира.

Динозавров погубили выбросы?

— А что привело к глобальным катастрофам, от которых вымерли динозавры?

— Я не сторонник гипотезы, что к их вымиранию привел взрыв гигантского Юкатанского метеорита на границе мела и палеогена. Периоды катастроф и смены биоты были продолжительными — десятки тысяч и даже миллионы лет. На мой взгляд, к вымиранию динозавров могли привести отравления газовыми выбросами сероводорода и метана. Хемотрофные бактерии в таких условиях процветали, а для плезиозавров выбросы газов были смертельными. Сульфидные следы газовых просачиваний мы изучали в Поволжье с учеными Казанского университета и обнаружили останки вымерших динозавров.

— Но и нехватка некоторых микроэлементов в океанах и морях может привести к вымиранию жизни?

— Изучая глобальную коэволюцию геохимии океана и его обитателей в истории Земли, мы с австралийскими и канадскими учеными пришли к выводу, что в эпоху фанерозоя (от 600 млн лет назад) причиной четырех из пяти таких катастроф мог быть дефицит важного для жизни элемента — селена. Некоторые его соединения токсичны, а другие в микродозах необходимы для существования организмов. Австралийцы считают, что селен поступал в океан при выветривании континентов, а на мой взгляд, главная причина не газовые просачивания, а «черные курильщики». За эти исследования наша интернациональная группа ученых в 2016 году удостоена международной премии «Эврика».
Сегодня | 16:02
Заражение для лечения. Как в конце XVIII века Челябинск спасли от вымирания

Ровно 230 лет назад, 18 июля 1788 года, врач из Санкт-Петербурга Степан Андреевский совершил в Челябинске подвиг, о котором сегодня знают медики всей планеты.

Сегодня | 15:34
Учеба по дисконту. В южноуральских вузах разрабатывается система скидок на обучение

В этом году стоимость обучения вновь поползла вверх. По указу федерального Минобрнауки в вузах она возросла на 20 %.

09.07.2018 | 15:45
В Челябинской области будут производить продукты из конопли

Как уверяют в фирме, на своем предприятии они используют техническую коноплю.

09.07.2018 | 15:10
На «Иннопроме» главы Челябинской области и Татарстана подписали «план сотрудничества»

Как сообщили в пресс-службе правительства региона, губернатор Челябинской области Борис Дубровский и президент Республики Татарстан Рустам Минниханов подписали план мероприятий по реализации соглашения о сотрудничестве между регионами на 2018 — 2020 годы.

Новости   
Спецпроекты