Henry Gee
(Bardzo) krótka historia życia na Ziemi. 4,6 miliarda lat w dwunastu rozdziałach

Tytuł oryginału
A (Very) Short History of Life on Earth: 4.6 Billion Years in 12 Chapters

ISBN

Copyright © Henry Gee 2021

First published 2021 by Picador, an imprint of Pan Macmillan, a division of Macmillan Publishers International Limited.

Copyright © for the Polish translation by Zbigniew A. Królicki, 2023

Copyright © for this edition by Zysk i S-ka Wydawnictwo s.j., Poznań 2023

All rights reserved

Redakcja
Zofia Domańska

Korekta
Anna Skóra, Adriana Staniszewska

Projekt typograficzny i łamanie
Barbara i Przemysław Kida

Projekt okładki
Paweł Panczakiewicz

Wydanie 1

Zysk i S-ka Wydawnictwo
ul. Wielka 10, 61-774 Poznań
tel. 61 853 27 51, 61 853 27 67
dział handlowy, tel./faks 61 855 06 90
sklep@zysk.com.pl
www.zysk.com.pl

Wszelkie prawa zastrzeżone. Niniejszy plik jest objęty ochroną prawa autorskiego i zabezpieczony znakiem wodnym (watermark).

Uzyskany dostęp upoważnia wyłącznie do prywatnego użytku. Rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci bez zgody właściciela praw jest zabronione.

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w Zysk i S-ka Wydawnictwo.

Pamięci Jenny Clark (1947–2020)
mentorki, przyjaciółki

1. PIEŚŃ OGNIA i LODU

Bardzo dawno temu umierała olbrzymia gwiazda. Płonęła przez miliony lat; teraz zabrakło paliwa do reaktora termojądrowego. Gwiazda wytwarzała potrzebną do świecenia energię przez fuzję atomów wodoru, produkując hel. Uzyskiwana w tym procesie energia nie tylko pozwalała jej świecić, lecz także równoważyła skierowaną do wewnątrz gwiazdy siłę grawitacji. Gdy zasoby dostępnego wodoru były bliskie wyczerpania, gwiazda zaczęła zmieniać hel w cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen. Jednak miała coraz mniej paliwa.

I przyszedł dzień, kiedy go zabrakło. Grawitacja zwyciężyła i nastąpiła implozja gwiazdy. Płonęła miliony lat, a zapadła się w ułamku sekundy. Umierając, gwiazda rozświetliła cały wszechświat jako supernowa. Wszelkie formy życia, które mogły istnieć w układzie planetarnym tej gwiazdy, zostały unicestwione. Jednak ten straszliwy kataklizm, jakim była jej śmierć, dał początek czemuś nowemu. Wytworzone w ostatnich chwilach życia gwiazdy jeszcze cięższe pierwiastki, takie jak krzem, nikiel, siarka i żelazo, zostały rozsiane po wszechświecie.

Miliony lat później grawitacyjna fala uderzeniowa wybuchu supernowej przeszła przez gazowy obłok pyłu i lodu. Ściskany i rozciągany przez tę falę grawitacyjną zapadał się, stawiając opór. W wyniku tego zaczął się obracać. Siła grawitacji tak mocno ściskała gaz w jego środku, że wywołała fuzję jądrową. Ze ściśniętych atomów wodoru powstał hel, wytwarzając światło i ciepło. Gwiezdny cykl życiowy został zamknięty. Śmierć prastarej gwiazdy dała początek innej, nowej i jasnej — naszemu Słońcu.

•

Gazowy obłok pyłu i lodu został wzbogacony pierwiastkami wytworzonymi przez supernową. Wirując wokół nowego słońca, powoli zestalił się, tworząc układ planet. Jedną z nich była Ziemia. Ta w swym niemowlęctwie znacznie różniła się od Ziemi, jaką znamy dzisiaj. Jej atmosfera była nienadającą się dla nas do oddychania mieszaniną metanu, dwutlenku węgla, pary wodnej i wodoru. Powierzchnię stanowił ocean płynnej lawy, ustawicznie bombardowany przez spadające asteroidy, komety, a nawet inne planety. Jedną z nich była Thea, planeta mniej więcej takiej wielkości jak dzisiejszy Mars1. Thea zawadziła o Ziemię i rozpadła się. Siła uderzenia wyrzuciła w przestrzeń większość powierzchni Ziemi. Przez kilka milionów lat nasza planeta miała swoje pierścienie, jak dzisiejszy Saturn. W końcu te pierścienie połączyły się i utworzyły nowy świat — Księżyc2. Wszystko to zdarzyło się około 4 600 000 000 (4,6 miliarda) lat temu.

Minęły kolejne miliony lat. Aż nadszedł dzień, gdy Ziemia ostygła na tyle, by para wodna w atmosferze skropliła się i spadła jako deszcz. Ten padał przez miliony lat, wystarczająco długo, by utworzyć pierwsze oceany. A prócz tych oceanów nie było niczego — żadnego lądu. Ziemia, niegdyś ognista kula, stała się wodnym światem. Jednak wcale nie spokojniejszym. W owych czasach Ziemia szybciej niż dziś obracała się wokół swej osi. Nowy Księżyc wisiał tuż nad czarnym horyzontem. Każdy przypływ miał siłę tsunami.

•

Planeta jest czymś więcej niż skupiskiem skał. Każda planeta mająca co najmniej kilkaset kilometrów średnicy z czasem wytwarza liczne warstwy. Materiały o mniejszej gęstości, takie jak glin, krzem i tlen, łączą się w lekki skalny osad w pobliżu powierzchni. Gęstsze, takie jak nikiel i żelazo, opadają do jądra. Dziś jądro Ziemi jest obracającą się kulą płynnego metalu. Jego temperaturę utrzymuje siła grawitacji oraz rozpad ciężkich pierwiastków radioaktywnych, takich jak uran, wytworzonych w ostatnich chwilach życia przez pradawną supernową. Ponieważ Ziemia się obraca, w jej jądrze jest wytwarzane pole magnetyczne. Jego pasma sięgają przez skorupę ziemską daleko w kosmos. To pole magnetyczne chroni Ziemię przed wiatrem słonecznym, czyli nieustanną burzą naładowanych elektrycznie cząstek emitowanych przez Słońce. Te cząstki są odrzucane przez pole magnetyczne Ziemi i odbijają się lub omijają ją, lecąc w kosmos.

Promieniujące z płynnego jądra Ziemi ciepło nieustannie ją ogrzewa, jak rondel z wodą podgrzewany na kuchence. Podążające ku powierzchni ciepło zmiękcza wierzchnie warstwy, łamiąc mniej gęstą, lecz bardziej zwartą skorupę na kawałki i rozsuwając je, tworzy między nimi nowe oceany. Te kawałki to płyty tektoniczne, będące w nieustannym ruchu. Zderzają się, ocierają o siebie lub zagłębiają jedna pod drugą. Ich ruchy żłobią głębokie rowy lub wypiętrzają wysokie góry na dnie oceanu. Powodują trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów. Tworzą nowy ląd.

Gdy nagie góry były wypychane w niebo, ogromne części skorupy ziemskiej były wsysane w głąb planety przez głębokie rowy oceaniczne na krawędziach płyt tektonicznych. Wraz z osadami i wodą fragmenty te zostały wciągnięte głęboko do wnętrza Ziemi, by później w zmienionej formie zostać wypchnięte na powierzchnię. A szlamy z dna oceanicznego na obrzeżach pochłoniętych przez ten proces kontynentów po setkach milionów lat mogły ponownie się wyłonić w wyniku erupcji wulkanów3 lub zostać przekształcone w diamenty.

•

Pośród całego tego zamieszania i kataklizmów powstało życie. Właśnie to zamieszanie i kataklizmy je żywiły, piastowały, umożliwiły wzrost i rozwój. Życie zrodziło się w najgłębszych miejscach oceanu, gdzie zapadły się krawędzie płyt tektonicznych i przez szczeliny w dnie pod ogromnym ciśnieniem tryskały gejzery silnie zmineralizowanej wrzącej wody.

Te najwcześniejsze formy życia były zaledwie membranami z brudnej piany na mikroskopijnych otworach w skałach. Utworzyły się, gdy prądy wznoszące zmieniały się w wiry i słabły, zrzucając swój ładunek bogatego w minerały osadu4 w szczeliny i otwory w skale. Te membrany były niedoskonałe, dziurawe jak sito i tak jak sito przepuszczały tylko niektóre substancje. Chociaż były porowate, środowisko za nimi stało się spokojniejsze i bardziej ustabilizowane od wzburzonego wirami otoczenia. Chata z bali ze swoim dachem i ścianami chroni przed arktyczną zamiecią, nawet jeśli ma niedomykające się drzwi i nieszczelne okna. Niedoskonałość tych membran stała się ich zaletą, ponieważ przez te otwory mogły wpływać energia i składniki pokarmowe, a wypływać zanieczyszczenia5.

Chronione przed chemicznym chaosem otoczenia te maleńkie zbiorniki były oazami ładu. Powoli udoskonalały produkcję energii, używając jej do wypączkowywania małych pęcherzyków zatopionych w macierzystej membranie. Ten proces z początku zachodził przypadkowo, ale stopniowo stawał się bardziej przewidywalny w wyniku utworzenia wewnętrznego chemicznego wzorca, który mógł być kopiowany i przekazywany nowym pokoleniom zatopionych w membranie pęcherzyków. Dzięki temu te nowe pokolenia pęcherzyków były w miarę wiernymi kopiami poprzedniej generacji. A skuteczniej filtrujące zaczęły się lepiej rozwijać kosztem tych, które radziły sobie gorzej.

Te proste pęcherzyki dotarły do bramy życia, ponieważ znalazły sposób, aby powstrzymać — choć tylko chwilowo i z ogromnym trudem — zasadniczo nieunikniony wzrost entropii, przyczynę nieładu we wszechświecie. A taka jest podstawowa właściwość życia. Te pęcherzyki piany podobne do mydlanych baniek były jak zaciśnięte pięści, wygrażające martwocie świata6.

•

Może najbardziej zdumiewającą cechą życia — pomijając samo jego istnienie — jest szybkość, z jaką powstało. Pojawiło się zaledwie 100 milionów lat po uformowaniu się planety, w jej wulkanicznych głębinach, gdy młoda Ziemia była wciąż bombardowana z kosmosu ciałami dostatecznie dużymi, by utworzyć największe kratery pouderzeniowe na Księżycu7. Już 3,7 miliarda lat temu życie z wiecznego mroku oceanicznych głębin opanowało nasłonecznione wody jego powierzchni8. Około 3,4 miliarda lat temu formy życia zaczęły się gromadzić trylionami i tworzyć rafy widoczne z kosmosu9. W ten sposób życie dosłownie pojawiło się na Ziemi.

Te rafy nie były jednak złożone z koralowców, które powstały prawie 3 miliardy lat później. Składały się z zielonkawych, włosowatych niteczek i kawałków śluzu złożonych z mikroorganizmów zwanych cyjanobakteriami — tymi samymi, które dziś tworzą niebieskawozielony szlam w stawach. Pokrywały warstwami skały i równiny morskiego dna tylko po to, żeby przysypał je piasek przy kolejnym sztormie; lecz ponownie rozpoczynały swój podbój i znów były zasypywane, tworząc poduszkowate sterty warstw śluzu i osadów. Te pagórkowate formy zwane stromatolitami stały się najsprawniejszą i najtrwalszą formą życia, jaka kiedykolwiek istniała na tej planecie, niepodzielnymi władcami tego świata przez 3 miliardy lat10.

•

Życie zaczęło się na świecie, który był ciepły11, lecz cichy, poza szumem wiatru i oceanu. Wiatr mieszał niemal całkowicie beztlenowe powietrze. Bez ochronnej warstwy ozonu w górnych warstwach atmosfery ultrafioletowe promieniowanie Słońca sterylizowało wszystko, co znajdowało się powyżej powierzchni wody, a także kilka centymetrów pod nią. Broniąc się przed tym, kolonie cyjanobakterii wytworzyły barwniki absorbujące te szkodliwe promienie. A kiedy ich energia została zaabsorbowana, mogła zostać wykorzystana. Cyjanobakterie użyły jej do reakcji chemicznych. W niektórych z atomów węgla, wodoru i tlenu powstawały węglowodory i skrobia. Ten proces nazywamy fotosyntezą. Szkodliwy czynnik stał się dobrodziejstwem.

W dzisiejszych roślinach gromadzący energię barwnik jest nazywany chlorofilem. Energia słoneczna jest używana do rozkładu wody na jej składowe pierwiastki — wodór oraz tlen — z wydzieleniem dodatkowej energii napędzającej kolejne reakcje chemiczne. U zarania dziejów Ziemi surowcem równie dobrze mogła być skała zawierająca żelazo lub siarkę. Jednakże najlepszy był i nadal jest ten, którego jest najwięcej — woda. Tylko że był w tym pewien haczyk. W procesie fotosyntezy produktem odpadowym jest bezbarwny i bezwonny gaz, który spala wszystko, co napotka. Ten gaz jest jedną z najniebezpieczniejszych substancji we wszechświecie. Jak się nazywa? Wolny tlen albo O2.

Najwcześniejszym formom życia, które powstały w oceanie i atmosferze prawie pozbawionej wolnego tlenu, groził katastrofalnym skażeniem środowiska. Jednak aby ujrzeć to we właściwej perspektywie, należy pamiętać, że kiedy cyjanobakterie — 3 miliardy lat temu lub wcześniej — podjęły pierwsze próby przeprowadzania fotosyntezy tlenowej, ilość wolnego tlenu w atmosferze była tak niewielka, że można go było uznać zaledwie za śladowe zanieczyszczenie. Jednak tlen jest tak groźną siłą, że nawet jego śladowe ilości zapowiadały zagładę życia, które powstało w beztlenowych warunkach. Te rzadkie opary tlenu spowodowały pierwsze z wielu masowych zagład w historii Ziemi, paląc żywcem jedno pokolenie żywych stworzeń po drugim.

•

Wolnego tlenu pojawiło się znacznie więcej podczas katastrofy tlenowej, burzliwego okresu pomiędzy około 2,4 a 2,1 miliarda lat temu, gdy z wciąż niejasnych przyczyn jego stężenie w atmosferze najpierw gwałtownie się zwiększyło do 21 procent, czyli przekraczającego dzisiejsze, po czym opadło do nieco poniżej 2 procent. Chociaż według aktualnych standardów wciąż niewielkie i niezapewniające oddychania miało ogromny wpływ na ekosystem12.

Wzrost aktywności tektonicznej powodował spalanie wielkich ilości bogatych w węgiel organicznych pozostałości — szczątków kolejnych pokoleń form życia pokrywających warstwami dno oceanu. Tam tlen nie mógł ich dosięgnąć. Rezultatem był jego nadmiar na powierzchni, gdzie wchodził w reakcje ze wszystkim, czego dotknął. Tlen rzeźbił skały, zmieniając żelazo w rdzę, a węgiel w wapień.

Jednocześnie takie gazy jak metan i dwutlenek węgla były przez skraplanie usuwane z powietrza i wchłaniane przez ogrom nowo uformowanych skał. Metan i dwutlenek węgla są głównymi składnikami izolacyjnej kołderki, która zatrzymuje ciepło Ziemi. Odpowiadają za to, co nazywamy efektem cieplarnianym. Na pozbawionej nich Ziemi rozpoczęła się pierwsza i najdłuższa ze wszystkich epoka lodowcowa. Lodowce na 300 milionów lat pokryły ją grubą warstwą od bieguna po biegun. A jednak katastrofa tlenowa i późniejsza „Ziemia śnieżka” były apokaliptycznymi kataklizmami, podczas których życie nieustannie się tu rozwijało. Wiele form życia wyginęło, lecz zmienione warunki były bodźcem do powstania nowych.

•

Przez pierwsze 2 miliardy lat dziejów Ziemi najbardziej zaawansowanymi formami życia były organizmy jednokomórkowe. Komórki bakteryjne mają prostą budowę, bez względu na to, czy bytują pojedynczo, czy są zlepione w warstwy na dnie oceanu lub w długie włosowate włókna cyjanobakterii. Każda z nich, sama w sobie, jest maleńka. Na główce szpilki zmieści się ich równie dużo jak fanów na festiwalu w Woodstock i jeszcze trochę13.

Pod mikroskopem komórki bakterii wydają się proste i niezróżnicowane. Ta prostota jest zwodnicza. Bakterie mają ogromną zdolność dostosowywania swoich zwyczajów do środowiska. Mogą żyć prawie wszędzie. Liczba komórek bakterii w ciele człowieka (i na nim) jest wielokrotnie większa od liczby komórek ludzkiego ciała. Pomimo że niektóre bakterie wywołują poważne choroby, nie moglibyśmy przetrwać bez pomocy bakterii, które żyją w naszych wnętrznościach i umożliwiają trawienie pokarmu.

Owo wnętrze, pomimo dużego zróżnicowania jego kwasowości i temperatury, jest dla bakterii przyjaznym miejscem. Są bakterie, dla których temperatura gorącej herbaty jest jak chłodny wiosenny wietrzyk. Inne żywią się czystym olejem lub rozpuszczalnikami wywołującymi choroby nowotworowe, a nawet odpadami radioaktywnymi. Są takie, które mogą przetrwać w kosmicznej próżni przy ekstremalnych wartościach temperatury lub ciśnienia, zatopione w ziarnkach soli — i to przez miliony lat14.

Komórki bakteryjne są małe, ale znane ze swego instynktu stadnego. Różne gatunki bakterii gromadzą się, żeby wymieniać chemikalia. Produkty odpadowe jednego gatunku mogą być pożywieniem dla innego. Stromatolity — jak już wiemy, będące pierwszymi widocznymi oznakami życia na Ziemi — były koloniami różnych rodzajów bakterii. Bakterie mogą nawet wymieniać ze sobą części swoich genów. Łatwość tej wymiany jest dziś powodem szybkiego wytworzenia przez nie odporności na antybiotyki. Jeśli jakaś bakteria nie ma genu odporności na dany antybiotyk, może pobrać ten gen z powszechnie dostępnej puli od innych gatunków, z którymi dzieli środowisko.

To właśnie skłonność bakterii do tworzenia zbiorowisk różnych gatunków doprowadziła do powstania kolejnej innowacji ewolucyjnej. Bakterie wyniosły grupowe bytowanie na następny poziom: komórki nukleotydowej.

•

W pewnej chwili ponad 2 miliardy lat temu małe kolonie bakterii zaczęły zamieszkiwać wewnątrz wspólnej błony15. Ten proces zainicjowała jedna mała komórka bakteryjna, zwana archeonem16, która uzależniła się od innych komórek w swoim otoczeniu, dostarczających jej substancji pokarmowych. Ta maleńka komórka wyciągnęła wici do swoich sąsiadów, żeby łatwiej wymieniać z nimi geny i pokarm. Członkowie tej swoistej komuny komórkowej stawali się coraz bardziej zależni od siebie nawzajem.

A każdy skupiał się tylko na jednym konkretnym aspekcie życia.

Cyjanobakterie specjalizowały się w wykorzystywaniu światła słonecznego i przekształciły się w chloroplasty — jasnozielone plamki znajdowane obecnie w komórkach roślin. Inne rodzaje bakterii zapewniały uwalnianie energii z pożywienia i zmieniły się w różowe mikroelektrownie zwane mitochondriami, które znajdują się w niemal wszystkich komórkach mających jądro, zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych17. Niezależnie od specjalizacji wszystkie przekazują swoje zasoby genetyczne do centralnego archeonu. Ten staje się jądrem komórki — jej swoistą biblioteką, magazynem informacji genetycznych, pamięcią i dziedzictwem18.

Taki podział pracy uprościł i ułatwił rozwój kolonii. Luźne zbiorowisko komórek stało się zintegrowanym tworem, nową formą życia — komórką nukleotydową, inaczej eukariotyczną. Organizmy powstające z komórek eukariotycznych, zarówno jednokomórkowe, jak i wielokomórkowe, są nazywane eukariontami19.

•

Dzięki powstaniu jądra stał się możliwy lepiej zorganizowany sposób reprodukcji. Komórki bakteryjne w zasadzie rozmnażają się przez podział, tworząc dwie identyczne kopie komórki macierzystej. Zmiany wywołane dodatkiem innego materiału genetycznego są sporadyczne i przypadkowe.

Natomiast u eukariontów każdy rodzic wytwarza wyspecjalizowane komórki reprodukcyjne służące do przebiegającej w ściśle określony sposób wymiany materiału genetycznego. Geny obojga rodziców zostają zmieszane, tworząc nowego, różniącego się od nich potomka. Taką elegancką wymianę materiału genetycznego nazywamy stosunkiem płciowym20. Będące jego konsekwencją większe zróżnicowanie genetyczne prowadziło do różnorodności. Rezultatem było tworzenie wielu różnych rodzajów eukariontów, a z czasem wyłonienie się zbiorowisk komórek eukariotycznych, z których powstały organizmy wielokomórkowe21.

Eukarionty pojawiły się cicho i skromnie mniej więcej między 1850 a 850 milionów lat temu22. Ich różnicowanie rozpoczęło się około 1200 milionów lat temu, tworząc formy rozpoznawalne jako wczesne jednokomórkowce będące krewniakami glonów i grzybów oraz jednokomórkowych protistów, które zwykle są nazywane protozoa23. Pierwsze wyszły z morza i zasiedliły słodkowodne jeziora oraz strumienie24. Pasma glonów, grzybów i porostów25 zaczęły zdobić morskie brzegi, gdzie wcześniej nie było życia.

Niektóre eukarionty próbowały nawet wielokomórkowego życia, na przykład żyjący 1200 milionów lat temu wodorost Bangiomorpha26 oraz grzyb sprzed około 900 milionów lat, Ourasphaira27.

Były jednak jeszcze dziwniejsze rzeczy. Najdawniejsze ślady wielokomórkowego życia liczą 2100 milionów lat. Niektóre z tych stworzeń mają nawet 12 centymetrów średnicy, więc raczej nie są mikroskopijne, lecz ich wygląd wydaje nam się tak dziwny, że trudno dostrzec ich pokrewieństwo z glonami, grzybami czy innymi organizmami28. Mogły być jakąś formą kolonii bakteryjnej, ale nie możemy odrzucić możliwości, że niegdyś istniało wiele rodzajów żywych organizmów — bakteryjnych, eukariotycznych czy innych — które wymarły, nie pozostawiając żadnych potomków, i dlatego trudno je nam dziś zaklasyfikować.

•

Pierwsze pomruki nadciągającej burzy przyniosły pękanie i rozpad superkontynentu, Rodinii. Ten proces objął wszystkie istniejące wówczas masy lądu. Jednym z rezultatów tego rozpadu był szereg epok lodowcowych, jakich Ziemia nie widziała od czasu katastrofy tlenowej. Trwały 80 milionów lat i tak jak poprzednio, objęły całą kulę ziemską. Jednak życie znów podjęło to wyzwanie i sprostało mu29.

Życie wystawiło do bitwy armię spokojnych wodorostów, glonów, grzybów i porostów. Wyszło z niej zahartowane, ruchliwe i szukające zwady. Gdyż jeśli życie na Ziemi zostało wykute w ogniu, to zahartowało się w lodzie.

 Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Przypisy

1. Patrz na przykład R.M. Canup, E. Asphaug, Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth’s formation, „Nature” 412, 2001, 708-712; J. Melosh, A new model Moon, „Nature” 412, 2001, 694-695.

2. To wyjaśnia zbliżony skład Ziemi i Księżyca, a także szczególną budowę Księżyca. W porównaniu z większością satelitów układu słonecznego Księżyc jest bardzo duży w stosunku do swojej planety (czyli Ziemi). Patrz Mastrobuono-Battisti et al., A primordial origin for the compositional similarity between the Earth and the Moon, „Nature” 520, 2012, 212-215.

3. To, jak aktywna do dziś pozostaje Ziemia, najlepiej ilustruje fakt, że płyta tektoniczna, na której spoczywa Australia, jest spychana na północ ku Indonezji, zgniatając ją w dwukrotnie szybszym tempie, niż rosną paznokcie profesora Berta Robertsa z University of Wollongong (a przynajmniej tak mówi mi Bert — szybkość wzrostu paznokci u każdego może być różna). To tempo może się wydawać niewielkie, ale rośnie z czasem. Ponieważ Australia przesuwa się na północ, w rezultacie północny skraj Jawy jest spychany w dół, pod wodę. Gdybyście przelecieli nad północnym wybrzeżem Jawy tak jak ja, zobaczylibyście, że leżące najdalej na północ dzielnice Dżakarty przez wieki były pochłaniane przez morze. A Bert wciąż musi obcinać paznokcie.

4. Ponieważ przekazuję to bardziej w formie opowieści niż naukowego raportu, niektóre z moich stwierdzeń będą lepiej niż inne poparte materiałem dowodowym. Okoliczności powstania życia na Ziemi są chyba najbardziej pobieżnie omówione ze wszystkich poruszonych przeze mnie tematów — może z wyjątkiem obszernych fragmentów rozdziału 12. Ta część jest najbardziej zbliżona do fikcji literackiej. Jednym z powodów jest to, że życie samo w sobie jest trudne do zdefiniowania, co omawia Carl Zimmer w swojej książce Life’s Edge (Random House, 2020).

5. Błona komórkowa gromadzi ładunek elektryczny i rozładowuje go, wykonując przydatne czynności, na przykład przeprowadzając reakcje chemiczne. Na takiej samej zasadzie działa akumulator. Tak więc żywe istoty są napędzane energią elektryczną. Ten silnik ma zaskakująco dużą moc. Ponieważ różnice ładunku pomiędzy wnętrzem a zewnętrzem komórki są mierzalne, lecz odległości mikroskopijne, różnica potencjału może być dość duża, rzędu 40-80 mV (miliwoltów). Rolę ładunku elektrycznego w pochodzeniu życia oraz wiele innych spraw żywo opisuje Nick Lane’s w swojej książce The Vital Question.

6. Tak jak u nastolatków zdobywanie doświadczeń i rozwój świadomości odbywa się kosztem ładu w ich najbliższym otoczeniu.

7. Najstarsze skały, które przetrwały od czasu powstania Ziemi, mają od 3,8 do 4 miliardów lat, lecz maleńkie, choć bardzo ładne kryształy minerału zwanego cyrkonem przetrwały ponad 4,4 miliarda lat jako pozostałości jeszcze starszych skał, które już dawno całkowicie się rozpadły. Niektóre z tych prastarych cyrkonów noszą ślady wskazujące — niczym ulotne wspomnienie rzeczy dostrzeżonych zaledwie kątem oka — że życie przeszło tam kiedyś, ponad 4 miliardy lat temu. Żywe stworzenia mają unikatową budowę chemiczną, w większości opartą na atomach węgla. Niemal wszystkie te atomy węgla to odmiana, a raczej „izotop” nazywany węglem C-12. Stosunkowo niewielka liczba atomów węgla to nieco cięższy izotop nazywany C-13. Reakcje zachodzące w żywych organizmach są ukierunkowane na odrzucanie izotopu C-13, czego rezultatem jest większe stężenie izotopu C-12 niż w nieorganicznym środowisku — i tę różnicę można zmierzyć. Bardzo stare skały zawierające węgiel, ale proporcjonalnie trochę mniej C-13, niż można by oczekiwać, mogą być dowodem istniejącego niegdyś życia, nawet jeśli wszelkie jego formy całkowicie znikły — w taki sam sposób, w jaki o obecności niewidzialnego kota z Cheshire świadczy jego szeroki uśmiech. Na takim dowodzie opiera się twierdzenie, że życie na Ziemi istniało już co najmniej 4,1 miliarda lat temu. Uzyskanym z kryształu cyrkonu z odrobiną grafitu, którego stosunkowo wysoka zawartość C-12 sugeruje, że życie na Ziemi zaczęło się wcześniej, niż powstały pierwsze skały. Patrz Wilde et al., Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago, „Nature” 409, 2001, 175-178.

8. E. Javaux, Challenges in evidencing the earliest traces of life, „Nature” 572, 2019, 451-460, który omawia problemy napotykane przy identyfikacji bardzo starych skamielin.

9. W chwili, gdy to piszę, powszechnie uważana za najwcześniejszą forma życia na Ziemi pochodzi ze skały zwanej Strelley Pool Chert w Australii, w której zachowały się nie jedna czy dwie skamieliny, ale cały bogaty ekosystem rafy ciepłego, bo ogrzanego słońcem oceanu sprzed około 3,43 miliarda lat. Patrz Allwood et al., Stromatolite reef from the Early Archaean era of Australia, „Nature” 441, 2006, 714-718. Są inne skamieniałości, podobno sprzed 4 miliardów lat, ale ich wiek budzi wątpliwości.

10. Przynajmniej dopóki nie pojawiły się zwierzęta, które mogły je zjadać. Obecnie stromatolity przetrwały tylko w nielicznych miejscach niedostępnych dla zwierząt. Jednym z takich miejsc jest Shark Bay, w zachodniej Australii, gdzie woda jest tak słona, że może w niej przetrwać tylko śluz.

11. To dziwne, ponieważ Słońce nie było wówczas tak jasne jak dziś, co nazywa się paradoksem słabego, młodego Słońca. Paradoks polega na tym, że Ziemia naprawdę powinna stać się lodową kulą. Jednakże jej wczesna atmosfera zawierała takie gazy jak metan, powodujące silny efekt cieplarniany i podnoszące temperaturę.

12. Przyczyny katastrofy tlenowej wciąż są dyskusyjne. Dowody sugerują, że w wyniku długiego okresu zwiększonej aktywności gazy wydostały się z wnętrza Ziemi na jej powierzchnię. Patrz Lyons et al., The rise of oxygen in the Earth’s early ocean and atmosphere, „Nature” 506, 2014, 307-315; Marty et al., Geochemical evidence for high volatile fluxes from the mantle at the end of the Archaean, „Nature” 575, 2019, 485-488; J. Eguchi et al., Great Oxidation and Lomagundi events linked by deep cycling and enhanced degassing of carbon, „Nature Geoscience” 2019, https://doi.org/10.1038/s41561-019-0492-6.

13. Jak ujmuje to Joni Mitchell: „zanim dotarliśmy do Woodstock, było nas pół miliona”, a pewien krytyk muzyczny i bywalec festiwali dodał: „i trzysta tysięcy szukało ubikacji”.

14. Vreeland et al., Isolation of a 250 million-year-old halo-tolerant bacterium from a primary salt crystal, „Nature” 407, 2000, 897-900; J. Parkes, A case of bacterial immortality? „Nature” 407, 2000, 844-845.

15. Być może tę tendencję wywołała trauma katastrofy tlenowej.

16. W zasadzie bakterie i archeony to różne formy organizmów. Jednak obie są małe i mają podobną budowę, więc używam słowa bakterie jako wspólnego określenia.

17. Martijn et al., Deep mitochondrial origin outside sampled alphaproteobacteria, „Nature” 557, 2018, 101-105.

18. Połączenie różnych bakterii i archeonów w komórki nukleotydowe prześledzono przez swego rodzaju archaeologię molekularną wychwytującą takie fuzje (M.C. Rivera, J.A. Lake, The Ring of Life provides evidence for a genome fusion origin of eukaryotes, „Nature” 431, 2004, 152-155; W. Martin, T.M. Embley, Early evolution comes full circle, „Nature” 431, 2004, 134-137). Identyfikacja archaeonu tworzącego jądro była utrudniona, ponieważ miał on także pewne cechy komórek nukleotydowych, których archeony nie mają, na przykład miniaturowy szkielet z włókien proteinowych. Takie archeony obecnie odkryto w osadach dna morskiego (Spang et al., Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes, „Nature” 521, 2015, 173--179, ; T.M. Embley, T.A. Williams, Steps on the road to eukaryotes, „Nature” 521, 2015, 169-170; Zaremba-Niedzwiedzka et al., Asgard archaea illuminate the origin of eukaryote cellular complexity, „Nature” 541, 2017, 353-358; J.O. McInerney, M.J. O’Connell, Mind the gaps in cellular evolution, „Nature” 541, 2017, 297-299; Eme et al., Archaea and the origin of eukaryotes, „Nature Reviews Microbiology” 15, 2017, 711-723). Ogromnym nakładem pracy takie komórki udało się wyhodować w warunkach laboratoryjnych (Imachi et al., Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface, „Nature” 577, 2020, 519-525; C. Schleper, F.L. Sousa, Meet the relatives of our cellular ancestor, „Nature” 577, 2020, 478-479). Co dziwne, te komórki są bardzo małe, lecz długimi witkami obejmują potrzebne im do życia bakterie z otoczenia, co może być wstępem do tworzenia struktur komórkowych (Dey et al., On the archaeal origins of eukaryotes and the challenges of inferring phenotype from genotype, „Trends in Cell Biology” 26, 2016, 476-485).

19. Nawet dziś większość eukariontów to organizmy jednokomórkowe. Do eukariontów jednokomórkowych należą ameby i pantofelki znajdujące się w każdym ogrodowym stawie, jak również liczne mikroorganizmy wywołujące takie choroby jak malaria, śpiączka czy leiszmanioza. Eukariontami o ciałach złożonych z wielu połączonych komórek są zwierzęta, rośliny i grzyby, a także liczne glony, takie jak wodorosty, chociaż nawet wielokomórkowe eukarionty przez część swojego cyklu życiowego są jednokomórkowe.

20. Płeć i płciowość to dwa różne pojęcia. Początkowo obie płcie wytwarzały komórki rozrodcze mniej więcej takiej samej wielkości. Płciowość wkroczyła na scenę w chwili, gdy jedno z rodziców wytworzyło niewielką liczbę dużych komórek rozrodczych, które nazywamy jajeczkami, a drugie wytworzyło dużą liczbę bardzo małych komórek rozrodczych, nazywanych spermą. W interesie wytwórców spermy jest zapłodnienie jak największej liczby jajeczek, co koliduje z interesem organizmów wytwarzających jajeczka, które usiłują wybierać jak najlepszą spermę do zapładniania ograniczonego zasobu swych jajeczek. W ten sposób rozpoczęła się wojna płci.

21. Wielokomórkowe życie powstawało niezależnie i wielokrotnie (Sebé-Pedros et al., The origin of Metazoa: a unicellular perspective, „Nature Reviews Genetics” 18, 2017, 498-512). Oprócz zwierząt są to rośliny i blisko spokrewnione z nimi zielone glony, różne gatunki krasnorostów i brunatnic oraz grzybów. Większość eukariontów jednak pozostaje jednokomórkowa — tak jak wszystkie komórki rozrodcze, włącznie z ludzkimi jajeczkami i plemnikami. Tak więc można uważać wielokomórkowość za swoisty mechanizm wspomagający efektywniejszą produkcję komórek rozrodczych.

22. Ten okres dziejów Ziemi jest nieco lekceważąco nazywany przez geologów — których z łóżek może podnieść tylko wzmożona aktywność tektoniczna zapowiadająca globalną apokalipsę — miliardem lat nudy.

23. Protisty to liczna grupa różnorodnych jednokomórkowych eukariontów, które niegdyś zaliczano do jednej gromady i nazywano pierwotniakami. Oprócz takich znanych form życia jak ameba i pantofelek należą do niej stworzenia bardzo ważne dla ekosystemu Ziemi, w tym wywołujące czerwone przypływy bruzdnice oraz wytwarzające niezwykle piękne pancerzyki otwornice i kokolitofory; chorobotwórcze pasożyty wywołujące malarię i śpiączkę; oraz ku ogólnemu zdumieniu i podziwowi takie jak bruzdnica Nematodinium mająca doskonale uformowane oko z warstwą nibyrogówki, soczewką i siatkówką (G.S. Gavelis, Eye-like ocelloids are built from different endosymbiotically acquired components, „Nature” 523, 2015, 204-207). Protisty są jak Jack Russell terriery: niewielkie rozmiary rekompensują charakterem.

24. Strother et al., Earth’s earliest non-marine eukaryotes, „Nature” 473, 2011, 505-509.

25. Porosty są organizmami złożonymi z glonów i grzybów żyjących w tak ścisłej symbiozie, że można je uznać za odrębne gatunki. Doskonale omawia to Merlin Sheldrake w książce Entangled Life: How Fungi Make Our Worlds, Change Our Minds, and Shape Our Futures (The Bodley Head, London 2020).

26. N.J. Butterfield, Bangiomorpha pubescens n. gen. n. sp.: implications for the evolution of sex, multicellularity, and the Mesoproterozoic/Neoproterozoic radiation of eukaryotes, „Paleobiology” 26, 2000, 386-404.

27. C. Loron et al., Early fungi from the Proterozoic era in Arctic Canada, „Nature” 570, 2019, 232-235.

28. El Albani et al., Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1 Gyr ago, „Nature” 466, 2010, 100-104.

29. Płyta tektoniczna oddycha. Co kilkaset milionów lat kontynenty łączą się w jeden superkontynent, ponownie rozpadający się w wyniku erupcji magmy z głębi Ziemi, które go rozrywają i rozdzielają na mniejsze. Ostatnim takim superkontynentem była Pangea, która osiągnęła swe największe rozmiary około 250 milionów lat temu. Przed nią była Rodinia, a wcześniej Columbia; a są ślady istnienia jeszcze wcześniejszych. Wszystko, co kiedykolwiek zechcecie wiedzieć o płytach tektonicznych, można znaleźć w książce Supercontinent mojego przyjaciela, Teda Nielda (Granta, London: 2007). Ted zapewnia mnie, że nie jest to podręcznik ćwiczeń mięśni przepony miednicy, jak można by sądzić.