Ученые связывают ускорение эволюции с возникновением сверх массивных горных систем на Земле
30 мая 2022, 00:38 [«Аргументы Недели», Мария Шарковская ]
Австралийские учёные пришли к выводу, что на древних субконтинентах Нуна и Гондвана были сверхмассивные горные системы, возвышавшиеся до уровня гималайских восьмитысячников и втрое превышавших Гималаи по длине. По мнению исследователей из Австралийского университета, разрушение этих древних величественных гор, возможно, подпитывало крупнейшие эволюционные бумы биосферы Земли. В истории планеты, был ещё период известный как «Скучный миллиард» - связанное с малой тектонической активностью и эволюционным спокойствием. Поговорим о нашей планетарной системе, о Земле и возникновении жизни на ней.
Нашей Земле, по научным данным, более 4,6 миллиарда лет. Она, как и Солнце и другие планеты Солнечной системы образовалась из облака космической пыли и газов. Впрочем, это лишь одна из гипотез появления нашей планеты и нашей системы. Не будем вдаваться в её подробности. Находимся мы рядом с одной из малых спиралей Млечного Пути, называемой Рукавом Ориона, или Отрогом Ориона, расположенным между рукавами Стрельца и Персея, примерно в 25 000 световых лет от галактического центра. Во всяком случае, так считает НАСА. Длинна экватора Земли составляет 40 075 километров, что делает её самой большой скалистой планетой в Солнечной системе.
Нашу Землю по праву можно назвать многослойной. Пока о биосфере говорить не будем. Начнём с атмосферы и гидросферы (мировой океан), затем следует - земная кора, под ней находится мантия и ядро. Не будем делать упор на тот факт, что мантия и ядро также многослойны. На поверхности мантии, которая является этаким океаном расплавленной магмы как бы плавают тектонические плиты, они в процессе своего движения образуют материки. В местах столкновения плит формируются горы.
Под земной корой в мантии ученые обнаружили огромные сгустки - плюмы, которые, по их мнению, являются источниками подъёма магмы и влияют на образование кимберлитовых трубок, «доставляющих» алмазы на поверхность планеты. Один из плюмов находится под Африкой, другой под Тихим океаном. Возможно есть они и в других местах. Считается, что эти сгустки существуют миллиарды лет и также, как континенты могут увеличиваться и дробиться. Возможно, с их существованием было связано образование гигантских горных систем в далёком геологическом прошлом Земли.
В наше время самой высокой точкой над уровнем моря является вершина горы Эверест, с абсолютным значением плюс 8 849 метров над нулевой отметкой. За нулевой уровень принята поверхность Балтийского моря. В качестве лирического отступления скажу, что как альтернатива Эвересту (примерно в 6,3 тыс. км от него) существует Марианская впадина в форме полумесяца примерно в 350 км на юго-запад от острова Гуам в Тихом океане. Её глубина составляет 10 984 м.
А вот теперь представьте себе, что на древних континентах Нуна и Гондвана (странно, что нет упоминаний в исследованиях австралийских учёных о Пангее) возникали высокие, массивные и большие по протяжённости горные системы, разделявшие эти континенты на части. И сейчас, правда, есть такая горная суперсистема – Кордильеры, чья протяжённость более 18 000 км. Но, она дробится на три части и по высоте явно не дотягивает до Гималаев. Вернёмся к древним сверхмассивным горам, которые по мнению учёных из Австралийского национального университета (ANU) сыграли важную роль в эволюции.
Исследователи в ходе работ использовали особые маркеры - следы циркона с низким содержанием лютеция - комбинации минеральных и редкоземельных элементов, которые, к слову, были найдены только в высоких горах, где они образуются под сильным давлением. Образование сверхмассивных горных систем связывают с двумя периодами в истории Земли: первый - между 2000 и 1 800 миллионами лет назад, а второй - между 650 и 500 миллионами лет назад.
Огромные хребты возникали на линиях столкновения тектонических плит. Залегавшие в глубинах породы и сама магма поднимались вверх к небесам. Затем горы под воздействие эрозии (ветра), воды и других сил подвергались разрушениям, что давало богатый набор минералов для роста живых организмов, и развития их биоразнообразия.
Возглавлявший группу австралийских исследователей ANU кандидат наук Цзыи Чжу, сказал, что есть связь между этими двумя случаями образования супергор и двумя наиболее важными периодами эволюции в истории Земли. Образование сверхмассивной горной системы на континенте Нуна учёные связывают с появлением простейших организмов эукариот, которые впоследствии дали начало растениям и животным. Второй случай возникновения супергор, известный как Трансгондванский, совпадает с появлением первых крупных животных 575 миллионов лет назад и с Кембрийским эволюционным взрывом (случившимся 45 миллионов лет спустя), который оставил о себе метки в виде древних окаменелостей.
Соавтор Цзыи Чжу по исследованиям профессор Йохен Брокс сказал: «Что ошеломляет, так это то, что вся история горообразования во времени стала настолько ясна. Она показывает эти два огромных всплеска: один связан с появлением животных, а другой с появлением сложных больших клеток». Учёные отметили: «Когда горы разрушались, они поставляли необходимые питательные вещества, такие как фосфор и железо, в океаны, перегружая биологические циклы и приводя эволюцию к большей сложности. Супергоры, возможно, также повысили уровень кислорода в атмосфере, необходимый для сложной жизни, чтобы дышать».
Ранняя атмосфера Земли почти не содержала кислорода. Считается, что его уровень в атмосфере увеличился именно с изменениями, возникшими в периоды существования сверхмассивных горных систем. Брокс пояснил: «Увеличение атмосферного кислорода, связанное с эрозией Трансгондванской горной системы, которая была крупнейшей в истории Земли и стала важной предпосылкой для появления животных».
Нет никаких доказательств того, что другие сверхгоры формировались на каком-либо этапе между этими двумя событиями, что делает их еще более значимыми. Соавтор Цзыи и Брокса профессор Ян Кэмпбелл заявил: «Временной интервал между 1 800 и 800 миллионами лет назад известен как Скучный миллиард, потому что в это время в эволюции не было прогресса… Замедление её объясняется отсутствием сверхгор в течение данного периода, что снижает поступление питательных веществ в океаны… Это исследование дает нам маркеры, чтобы мы могли лучше понять эволюцию ранней, сложной жизни».
Советский ученый Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Холдейн в 1920-1930 годах прошлого столетия, независимо друг от друга предположили, что некоторые молекулы органических веществ концентрируются в коацерватные капли. Гипотезу о том, что жизнь зародилась на основе рибозимов, называют гипотезой мира РНК. Возможность образования органических веществ из неорганических подтверждена экспериментально в опыте Миллера-Юри. Однако белки, появляющиеся при этом, были неспособны к самовоспроизведению.
Есть и другая достойная уважения и внимания гипотеза происхождения жизни, которая корреспондирует с выводами учёных из ANU. Её авторы считают, что резервуары богатого кислородом железа находящиеся между ядром Земли и мантией могли сыграть важную роль в истории Земли, включая распад суперконтинентов, образование гор, резкие изменения в составе атмосферы Земли и создание жизни. Команда, в которую входят ученые из Карнеги, Стэнфордского университета, Центра передовых исследований науки и техники высокого давления в Китае и Чикагского университета, исследовала химию железа и воды при экстремальных температурах и давлениях на границе ядра и мантии Земли.
Руководитель исследований Хо-кванг (Дэйв) Мао рассказал: «Используя теоретические расчеты, а также лабораторные эксперименты по воссозданию среды, соответствующей условиям границ ядра и мантии, команда, основываясь на своих расчетах и знаниях о химическом составе плит, считает, что 300 миллионов тонн воды встретились с железом в ядре и сгенерировали образование массивных пород диоксида железа».
Эти чрезвычайно богатые кислородом твердые породы могут неуклонно накапливаться из года в год над ядром, увеличиваясь в гигантские, похожие на континент размеры. Геологическое событие, которое нагрело эти породы из диоксида железа, может вызвать массивное извержение, внезапно выпустив большое количество кислорода на поверхность.
Учёные предполагают, что такой взрыв кислорода может поместить огромное количество газа в атмосферу Земли - достаточное, чтобы вызвать так называемое «Великое событие оксигенации», которое произошло около 2,5 миллиардов лет назад и создало нашу богатую кислородом атмосферу, условия, которые положили начало росту кислород-зависимой жизни, какой мы ее знаем. «Эта недавно обнаруженная высокотемпературная реакция расщепления воды с интенсивным давлением влияет на геохимию от глубоких недр до атмосферы… Многие предыдущие теории нуждаются в пересмотре сейчас», - пояснил Мао.
Вопрос происхождения жизни на планете волнует умы ученых не одну сотню лет, но всё же, единой гипотезы до сих пор нет. Кстати, есть версия, что жизнь на нашу планету была занесена из космоса метеоритами и кометами. Однако, Земля пока единственная планета во Вселенной, где мы точно знаем, что разумная жизнь существует.