1.2 Дискуссионные вопросы происхождения цианобактерий.

Обнаружение структур, напоминающих цианобактерии в метеорите с Марса [10] и в углистых хондритах [1], разумеется, не могут служить строгим доказательством того, что это следы бактерий. В то же время, возрастающий прогресс в исследовании архейских форм строматолитов позволяет предположить, что цианобактериальные сообщества появились раньше, чем датируются находки земных фоссилий. Углистые хондриты с возможными следами жизни древнее всех известных на Земле пород - 4.5 -4.6 млрд. лет. Один из двух исследованных образцов хондритов с предполагаемыми следами бактерий - из Ефремовки (Республика Казахстан) [1]. Авторы палеореконструкции находят сходство структур в этом образце с земными нитчатыми цианобактериями из родов Oscillatoria и Microcoleus.

Если находки в будущем подтвердятся, то можно представить, что сообщества были занесены с хондритами из космоса, а не зародились на Земле. На современном уровне невозможно обнаружить в фоссилиях следы начальных этапов формирования жизни на Земле. По-видимому, только дальнейшие исследования марсианских пород смогут подтвердить или опровергнуть гипотезу распространения цианобактерий в Солнечной системе. Тем более, что существуют доказательства, что первоначально три планеты земной группы (Венера, Марс, Земля) были во многом похожими, обладали близким минеральным составом и сходным составом атмосфер; при этом палеоклимат Марса был достаточно теплым для наличия жидкой воды [8].

2. Фанерозойский взрыв таксономического биоразнообразия

Тенденция использования простых моделей, заимствованных из физики для описания эволюционных процессов, стало особенно заметной тенденцией в последние годы. Этому способствовало бурное развитие синергетики и прогресс в анализе сложной динамики открытых нелинейных систем.

Первые попытки универсального взгляда на эволюцию биосферы, как на самоорганизующуюся систему представлены в работах физиков П.Бака и К. Снеппена [12], использующих понятие “самоорганизующейся критичности”. Сходную концепцию развивает Стюарт Кауффман [13], согласно которому биологические системы существуют в динамически устойчивом состоянии на границе между хаотическим режимом и жестко упорядоченным статическим состоянием. Состояние “на краю хаоса”, в которое система спонтанно переходит в процессе эволюции (“самоорганизующаяся критичность”) характеризуется типичными синергетическими свойствами - согласованностью локальных и глобальных процессов, интенсивным согласованным взаимодействием компонент и др. Более того, на моделях показано, что в таком состоянии система обладает наибольшей лабильностью и способностью к эволюционным изменениям (evolvability). 

Иссследуя свою модель, П.Бак и К.Снеппен показали, что статистическая вероятность флуктуаций в системе, пребывающей в состоянии самоорганизующейся критичности, и амплитуда флуктуаций подчиняются простому убывающему степенному закону, как интенсивность лавин в куче песка.

Модель П.Бака и К.Снеппена вписалась в концепцию “прерывистого равновесия” Голда и Элдриджа [11,14]. На конкретном палеонтологическом материале, показано что эволюция биоты происходит в виде чередования длительных квазиупорядоченных состояний и более кратких лавинообразных процессов разрушения по указанному степенному закону. Кризисы сопровождаются массовыми вымираниями видов и целых таксонов. В последующие периоды биоразнообразие восстанавливается. Однако данная физикалистская модель хорошо описывает статистику кризисных явлений в биосфере только начиная с фанерозоя.

Узость концепции прерывистого равновесия, равно как и физикалистских моделей реализующих ее заключаются в том, что они базируются на статистике кризисных явлений после кембрия. Например, С. Кауффман [13] приравнивает фанерозойский взрыв к одному из них. Но это в корне неверно, как показано нами выше.

Наш основной тезис заключается в констатации фундаментального изменения всей организации биосферы в начальный период фанерозоя. Фактически, следует говорить о существовании совершенно различных типов организации биосферы в различные этапы ее развития. Каждый этап имеет свои особые механизмы эволюции и системные характеристики. Так как до кембрия и после него биосфера и вся планетарная система в корне различались по своей организации, то распространять закономерности фанерозоя на докембрийский этап нельзя в принципе. Поэтому модель самоорганизущейся критичности - это всего лишь инвариант качественной динамики систем фанерозоя, но не модель развития и изменения биосферы за весь период ее существования.

Суть нашей концепции заключается в том, что каждая устойчивая организация биосферы обладает консервативностью и имеет собственные механизмы самосохранения. Царившие до фанерозоя цианобактериальные сообщества реализовывали механизмы самосохранения, используя стратегию уединенных популяционных волн, то есть имитируя физические свойства распространяющейся волны пожара, уничтожающей все на своем пути. Хотя подобная стратегия оказалась эффективной и устойчивой на протяжении 3 млрд. лет, изменение климата, произошедшего не без участия самих матообразующих сообществ, в конце концов разрушило империю цианобактерий и открыла дорогу совершенно новой многоуровневой организации биосферы в фанерозое. Мощным импульсом и движущей силой формирования многоуровневых систем явился симбиогенез, резко усложнивший функции организмов и способствовавший возникновению сложных кооперативных явлений в надорганизменных системах. Начинает раскручиваться спираль кооперативных процессов сложных жизненных циклов и своего рода “гиперциклов” реализущихся в сукцессионных системах [2,15]. Свойства самосохранения этих новых систем связаны не только с ростом таксономического биоразнообразия, но и потенцальной эволюционной способности (evolvability) т.е способности быстро перестраивать свою структуру и порождать новые виды. При этом основные организационные принципы биосферы остаются неизменными вплоть до следующего резкого изменения ее глобальной организации.