Джессика Браун - Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим

Именно кислород отличает нашу Землю от восьми непригодных для жизни планет и малых тел Солнечной системы. На Венере, «младшей сестре» Земли, средняя температура составляет 468 удушливых градусов из-за парникового эффекта, вызванного двуокисью углерода и диоксидом серы. Марс — тоже не самая вожделенная цель путешествия: около нуля в теплые дни и минус сто в холодные. Тонкая атмосфера в среднем напоминает облако выхлопных газов нынешних автомобилей. Бета-версия Земли больше подходит для фона шутеров. Правда, в первые пару миллионов лет после образования нашей планеты не имелось ни одного объекта, в который можно было бы стрелять. После того как солнечный ветер сдул первичную атмосферу Земли, состоящую из водорода и гелия, через тонкую кору из недр вырвалась адская смесь с преобладанием азота и двуокиси углерода. Метеориты бомбили с небес, пока у Солнечной системы не кончились снаряды. Из трещин в поверхности вырывалась магма, вздымая сернистый пепел. Пар застил горизонты — и это при температуре свыше восьмидесяти градусов. А когда Земля остыла — дождь, дождь и дождь. Мрачная серо-сизая водная масса. Никакого райского сада. Но всё-таки в этом мутном первичном бульоне зародилось нечто невообразимое: жизнь.

На вопрос «как же это в точности произошло?» естествоиспытатели уже давно ищут ответ. Греческий философ Аристотель предполагал «самозарождение»: воздух и «тепло жизни», содержащиеся в таких средах, как дерево, роса или навоз, образуют питательную среду, в которой растут животные — например, угри и лягушки в грязи. Для Авиценны, средневекового персидского врача и ученого (XI век н. э.), жизнь проистекала от «создателя всех вещей», как мягкое мороженое из внематериального аппарата. Даже в XVII веке бельгийский врач и химик Ян Баптиста ван Гельмонт составил инструкцию, как вывести мышей: положить грязную рубашку в ящик с зернами пшеницы и оставить на три недели. Всё это соответствовало своему времени. Микроскоп еще не был изобретен. ДНК, «копировальная машина, дающая жизнь от жизни», — как писал в 1953 году своему двенадцатилетнему сыну первооткрыватель структуры этой макромолекулы Фрэнсис Крик, — еще не была обнаружена. Сегодняшние модели происхождения жизни, базирующиеся на длительных лабораторных экспериментах, изучении каменистых пород Луны и Марса или компьютерном моделировании, выглядят не менее фантастично. Согласно им, «первичный буль он» мог быть облучен мгновенно, подобно удару молнии, или постепенно, вроде воздействия ультрафиолетом, в результате чего углерод, водород и азот образовали аминокислоты, «кирпичики жизни». В гонку мест возникновения включились также кристаллы и радиоактивные штранды. Влияние извне тоже не исключено. По гипотезе панспермии, бактерии и споры могли быть занесены на Землю метеоритами из глубин космоса. И это не комиксы Marvel [9] Marvel Comics (от англ. marvel — «чудо») — американская компания, издающая комиксы, подразделение корпорации Marvel Entertainment. , а нечто вполне реальное: упавшие в 1969 году в Австралии обломки метеорита, названного по месту нахождения Мурчисонским, содержали аминокислоты внеземного происхождения.

Более шестидесяти лет назад американский биолог Стэнли Миллер воссоздал в лаборатории предполагаемую первичную атмосферу Земли: аммиак, водород, метан и вода. Он облучал их вспышками, подобными молниям. Из всех соединений образовались жирные кислоты, сахар и аминокислоты. Однако не хватало важнейших компонентов для развития более сложных молекул. Между тем повсюду ученые «варили» свой собственный первичный бульон. Боже, какие нужны ингредиенты, чтобы химия перешагнула в биологию? Неведомо. Но, кажется, у нее есть истинно горячий сторонник. Земле уже исполнился миллиард лет, когда появился LUCA (Last Universal Common Ancestor) — «последний универсальный общий предок», общий знаменатель жизни на Земле. По геологическим масштабам это мелочь. Несмотря на эффектное появление, по сегодняшним меркам LUCA не более чем случайный гость на вечеринке. Он (или они) — поскольку жизнь возникла во многих точках в разное время и в разнообразных вариантах — оказался мертворожденным. Автотроф, метаболизирующий водород, двуокись углерода и азот, не переносил кислорода. К тому же он был экстремофилом, то есть купался в теплой, влажной сумрачной среде. Так же, как и его потомки, цианобактерии. Те тоже встречаются в экстремальных местах, невыносимых для других: арктических льдах, окрашивая их в розовый цвет; в горячих источниках Йеллоустонского национального парка, окрашивая их в радужные цвета. Даже в песчаных дюнах пустыни и приморских солончаках они чувствуют себя привольно. Так что в умеренно соленом озере Клифтон цианобактерии принимают расслабляющую ванну.

Место рождения LUCA, о чем свидетельствуют десятилетние генетические исследования, — морское дно в стоградусной воде «черного курильщика». Эти гидротермальные источники рождаются в океанских глубинах на стыке континентальных плит. Из океанической коры с копотью вырываются насыщенные железом, сероводородом и сульфидами металлов фонтаны. Охлажденные океанскими водами, выброшенные соединения снова оседают. Так образуются «камины» — крупные расщелины в скалах, в согревающей сени которых селятся целые коммуны светофобных микроорганизмов. LUCA со своими одноклеточными компаньонами так и остался бы навечно в уютном темном укрытии, но природа не терпит застоя. Она развивается дальше: в археи и бактерии. Археи, или «древние», способны выдерживать невообразимое. Например, methanopyrus kandleri процветают при температуре свыше ста градусов. Picrophilus torridus кислотоустойчивы, как никакой другой организм, и чувствуют себя вольготно даже в среде, эквивалентной соляной кислоте. Археи единственные из всех известных живых организмов выделяют метан. Поэтому не вполне корректно обвинять крупный рогатый скот в изменении климата: на самом деле воздух портят археи, живущие в пищеварительном тракте парнокопытных. Сопротивляемость этих микроорганизмов позволила им широко распространиться на древней земле. Метеоритные кратеры, извергающиеся вулканы, серные озера? Археи появились, чтобы выжить.

Бактерии тоже благоденствовали. Некоторые одноклеточные открыли инфракрасный свет как импульс для обмена веществ. Другие — экспериментировали с многоклеточностью. Цианобактерии пошли неизведанным путем. Два с половиной миллиарда лет назад они научились использовать второй, почти неисчерпаемый ресурс — воду. Вода — наиболее распространенное на Земле вещество. Добывать с помощью солнечного света питательные вещества и двуокись углерода из воды было разрушительной идеей. Ибо она вызвала, наверное, первое массовое вымирание в истории Земли — великую кислородную катастрофу. А происходило это примерно так: цианобактерии нежились в теплой воде, подставляя мембраны солнцу, лакомились глюкозным коктейлем собственного изготовления и выбрасывали кислород; некоторое его количество уже присутствовало в атмосфере. Но в том объеме, который высвобождали цианобактерии, он уже являл собой ядовитое облако — по крайней мере для их анаэробных родственников. В высшей степени химически активный газ атаковал материю этих микроорганизмов, а они, несмотря на малоэффективный обмен веществ, всё еще преобладали. Предположительно несколько сотен миллионов лет анаэробы боролись с ним метаном. Между тем кислород окислял вынесенное из подводных вулканов железо, а также железистые породы на суше. Следы этого великого ржавления видны и поныне: красные скалы Пилбары в западной Австралии, примерно в одном дне пути на север от озера Клифтон, — крупнейшее на земле месторождение железной руды. Однако два с половиной миллиарда лет назад на планете не осталось ничего, с чем кислород мог бы вступить в быструю реакцию. Некоторые одноклеточные в бедных кислородом глубинах еще водились, но основная масса вымерла. Так что жизни пришлось придумывать нечто новое. Нечто приспособленное к кислороду. И это должно было стать воистину грандиозным.