Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Ситуация казалась безнадежной, но в середине 1980-х гг. у геолога Гари Лэндиса из Геологической службы США в Денвере родилась блестящая идея. Янтарь может содержать мельчайшие пузырьки воздуха, который когда-то растворился в древесной смоле. У Лэндиса было подходящее оборудование — квадрупольный масс-спектрометр, недавно сконструированный специалистами Геологической службы для качественного и количественного анализа газов в мельчайших образцах. Этот инструмент настолько чувствителен, что позволяет детектировать газы в концентрации порядка 8 частей на миллиард, причем действует он так быстро, что успевает проанализировать газ, который за сотые доли секунды высвобождается из микроскопических пузырьков с диаметром порядка сотой доли миллиметра (10 мкм).

Изделия из янтаря, в которых застыли насекомые или споры растений, очень высоко ценились со времен неолита. Торговля янтарем в Балтийском регионе процветала уже 5000 лет назад. Янтарь формировался, начиная от каменноугольного периода (300 млн лет назад) и заканчивая эпохой последнего серьезного оледенения (плейстоцен). Таким образом, многие застывшие в янтаре насекомые действительно очень древние. О ценности янтаря в качестве «капсулы времени» заговорили в связи с гипотезой о во:сложности сохранения генов динозавров в желудках застывших в янтаре кровососущих насекомых. Эта идея получила известность благодаря роману Майкла Крайтона «Парк юрского периода». Хотя идея казалась сомнительной, она все же привлекла внимание ученых, и в результате из насекомых, заключенных в янтарь мелового периода (140 млн лет назад), действительно удалось выделить ДНК. Если в янтаре сохранилась хрупкая молекула ДНК, может быть, сохранился и воздух?

Объединив усилия с Робертом Бернером, Лэндис использовал свой масс-спектрометр для анализа газового состава пузырьков воздуха в янтаре, механически измельчая янтарь в вакууме. Чтобы выстроить хронологическую последовательность, Бернер и Лэндис сгруппировали образцы янтаря в соответствии со временем их происхождения, начиная от мелового периода (140 млн лет назад) и до наших дней. Безусловно, существовала опасность, что с разными типами янтаря получатся разные значения, просто по той причине, что это разный янтарь . Чтобы исключить вклад локальных факторов, Беpнеp и Лэндис работали с oбpaзцами из caмыx разных источников — от Балтийского моря до Доминиканской республики и от открытых пляжей до подземных пластов.

Результаты были опубликованы в журнале Science в марте 1988 г. и немедленно вызвали бурную реакцию научной общественности. Выходило, что уровень кислорода в меловом периоде был выше 30% и снизился до современного показателя 21% примерно 65 млн лет назад, что настолько точно соответствовало предполагаемому времени исчезновения динозавров, что не могло быть простым совпадением. Авторы задумались над тем, не требовался ли гигантским динозаврам, как и гигантским стрекозам, дополнительный кислород, и в современной атмосфере они не выжили. К августу 1988 г. раздел писем в журнале Science был переполнен подробными техническими опровержениями этой идеи.

Опубликовать письмо в редакцию — один из лучших способов продемонстрировать свою эрудицию, и в хорошие времена ведущие научные журналы могли таким образом отразить мнение ученых по самым разным вопросам. Никакой другой способ обмена мнениями не может вернее наставить заблуждающегося автора на путь истины или привлечь заинтересованного читателя. Результаты, полученные при изучении янтаря, были подвергнуты самому скрупулезному анализу со всех возможных точек зрения — с привлечением констант диффузии и растворимости газов, а также химии полимеров и геометрических свойств пузырьков газа под давлением. Например, Курт Бек из нью-йоркской Лаборатории по исследованию янтаря писал о методах, с помощью которых римляне возвращали прозрачность молочному (костяному) янтарю. Костяной янтарь непрозрачен из-за мельчайших пузырьков воздуха, но его можно сделать прозрачным, а также окрасить путем нагревания в растительном масле. Кажется, римляне использовали для этого жир молочных поросят, а немецкий авторитет XIX в. Дамс советовал применять рапсовое масло. Суть в том, что пузырьки воздуха заполнялись маслом, имеющим такой же показатель преломления, как янтарь. Если масло может заполнять янтарную матрицу, значит, пузырьки не изолированы от окружающей среды, и между ними и внешней средой происходит газообмен, так что состав воздуха в пузырьках не может точно отражать состав воздуха в момент образования янтаря.

Общее мнение, которое сохраняется и теперь, сводилось к тому, что заключенный в янтаре воздух не мог быть древним, а результаты Бернера и Лэндиса объясняются неправильной постановкой эксперимента. Хотя Лэндис утверждает, что он опроверг заявления всех своих критиков в следующей серии опытов, новые результаты еще не опубликованы в полном объеме и поэтому не обсуждаются геологическим сообществом. Бернер искренне признаёт, что в их предварительных результатах были огрехи и что Лэндису пока не удалось убедить его в неправоте критиков.

В стремлении дисквалифицировать результаты, полученные в экспериментах с янтарем, один или два критика заявили, что status quo восстановлен и что «прежние взгляды на палеонтологию, геологию и науку об атмосфере все еще сохраняются». Бернер и Лэндис отвечали, что «старые взгляды» вовсе не coxpaняются, а пересматриваются вне зависимости от результатов экспериментов с янтарем. Этот обмен мнениями, как мне кажется, выражает основную суть проблемы и иллюстрирует природу научного поиска, который очень редко являет собой бесстрастный мыслительный процесс, называемый философами «научным методом». Большинство ученых защищают свои излюбленные идеи или гипотезы до тех пор, пока либо не докажут их, либо не дискредитируют в такой степени, что даже упрямые старые профессора признают их ошибочность. Обе стороны подготовились к борьбе, разделенные широкой полосой ничьей земли: сторонники теории неизменной атмосферы против приверженцев теории колебаний концентрации кислорода. Отчасти эта ситуация напоминала противостояние в физике между сторонниками стационарной Вселенной и адептами идеи Большого взрыва. Очевидно, модель Бернера и Кенфилда кого-то убедила, а кого-то нет, и только новые данные позволят выйти из этого тупика. Если древний воздух не сохранился в янтаре, трудно придумать, где еще он мог сохраниться. Есть ли другой способ подтвердить результаты?

Да, такой способ есть, но и он связан с некоторыми сложностями. Как мы уже обсуждали в главах 3 и 4, для оценки содержания кислорода в атмосфере можно использовать изотопные подписи углерода. Методология в данном случае фактически противоположна методологии прямого определения захороненного углерода, и проблема как раз заключается в том, чтобы удостовериться в корреляции между двумя методами.