Разговоры с таксистами о жизни и устройстве Вселенной - Чарльз Кокелл
Что именно стало этим ускорителем накопления – остается предметом дискуссий. Тем не менее щелкнул какой-то переключатель, и примерно два с половиной миллиарда лет назад наша планета окончательно перешла в разряд богатых кислородом. Это новое состояние преобладало в течение 1,8 миллиарда лет или около того. А затем произошло еще одно мощное вливание кислорода. Около семисот миллионов лет назад уровень кислорода относительно внезапно вырос до уровней, близких к тем, которые мы наблюдаем сегодня. Опять же, причины этого резкого изменения до конца не понятны. Тем не менее настала эпоха современной Земли.
– Понятно, – кивнул мой водитель. – Так вот откуда взялся кислород. И тогда, я полагаю, животные, вы и я, смогли использовать его так, как мы это делаем теперь. Теперь понимаю.
– Еще интересно то, – добавил я, – что кислород не простой газ. Причина, по которой мы можем использовать его для питания всех наших действий, заключается в том, что это очень мощный окислитель. Вы видите это каждый раз, когда разводите огонь или готовите барбекю. Все эти старые газеты и угли поджигаются и выделяют энергию, используя в качестве окислителя именно кислород. В живых организмах происходит та же самая реакция.
Когда я говорю «та же самая», то имею это в виду буквально. Ваше тело осуществляет идентичное химическое преобразование, как и костер, сжигая органический материал – пищу, которую вы едите, будь то пастрами или соленые огурцы, – в кислороде. Большая разница между вашим телом и костром из дров заключается в том, что внутри ваших клеток реакция происходит в контролируемых условиях. Если бы это было не так, вы могли бы спонтанно взорваться.
– И это дало нам много энергии, – красиво заключил мой водитель.
– Именно так, – кивнул я. – Как вы можете убедиться на примере костра, сжигание вещей с помощью кислорода выделяет впечатляющее количество энергии. Когда живые организмы поняли, как это сделать, то получили в свое распоряжение реакцию, производящую кучу энергии, куда больше, чем слабые газы и камни молодой Земли. Цианобактерии, выбрасывая кислород в качестве побочного продукта и результата удивительного открытия расщепления воды, породили энергетическую революцию.
Последствия были колоссальными, поскольку новый окислитель позволил жизни значительно разрастись. Вероятно, самое важное, что новый источник энергии позволил вещам стать больше. Клетки смогли начать сотрудничать и создавать более крупные структуры. Возникновение животных и многоклеточных существ, которые впоследствии породили и нас с вами, начинает становиться очевидным в окаменелостях возрастом около 550 миллионов лет. Многие думают, что этот расцвет живых существ, в том числе в какой-то момент и животных со скелетом, связан с произошедшим незадолго до этого ростом процента содержания кислорода в атмосфере (опять же, «незадолго» в геологическом смысле).
Взаимосвязь между размером и развитием очень тесная. Больший размер означает новизну – новые способности, новые возможности взаимодействия с окружающей экологической средой и другими животными в ней. Важно отметить, что по мере того, как животные росли в размерах, они научились потреблять других животных. Животные, на чью долю выпало ощутить на своей шкуре подобное весьма неприятное поведение, в свою очередь увеличились в размерах, потому что это помогало не стать чьим-то обедом. Более крупные животные могли продолжать спокойно воспроизводиться и распространять свои гены. Кислород положил начало гонке вооружений по размеру и сложности устройства организма.
Результатом стал так называемый Кембрийский взрыв, то есть период в геологической истории, в котором мы внезапно находим много окаменелостей сложных животных. Кембрийский период часто путают с началом животной жизни, но в палеонтологической летописи предшествующего эдиакарского периода появляются странные существа, похожие на блины и листья. Тем не менее, даже если кембрийский период не стал дебютным периодом для животных, он точно является временем значительного эволюционного развития, в том числе увеличения размеров животных и появления скелетов. Так случилось, что скелеты прекрасно сохраняются в окаменелостях, отсюда и кажущийся взрыв численности животных.
Во время Кембрийского взрыва животные не только увеличивались в размерах, но и накапливали больше энергии, и тем длиннее становились их пищевые цепи. Одно животное съедало другое, затем его съедал кто-то третий, а того – четвертый. Пищевые цепи становились все сложнее, делались более энергоемкими и разветвленными. На самом деле выражение «пищевая цепь» всегда было не самой точной метафорой, потому что отношения зависимости между живыми существами не являются и никогда не являлись полностью иерархическими, когда более сильные и сложные животные просто охотятся на тех, кто находится на ступеньке ниже. Скорее в кембрийский период возникла целая запутанная сеть живых организмов. Таким образом, в краткий момент трансформации биосфера, которая на протяжении миллиардов лет содержала только микробную слизь, сменилась обилием живых существ, чьи потомки украшают теперешний мир. Кислород дал жизнь собакам, стрекозам, муравьедам и трубкозубам.
Теперь, спустя двадцать минут, как мы покинули Эдинбургскую тюрьму и повернули к Брантсфилду, произошел второй скачок кислорода и животные захватили Землю, поблескивая в ее водах и неутомимо выползая на сушу.
– Предполагаю, что все это было необходимо и для нас, – заметил мой таксист, – нам ведь нужно много энергии, так что возросшее количество кислорода позволило появиться и нам.
– Наш мозг замешан во всем этом, – подтвердил я. – Для работы вашего мозга требуется около 25 ватт – меньше, чем обычной лампочке. Мне нравится напоминать своим студентам, что все мы, в конце концов, довольно «тускловатые». А вашему телу требуется около 75 ватт, чтобы бегать, скакать и прыгать. Таким образом, чтобы стать разумом, способным строить космические корабли и смотреть на котиков в Интернете, нужна примерная мощность в 100 ватт. Звучит как небольшое количество энергии по сравнению с современными умными домами, но для живых существ это немало. Кислород дал нам эту возможность.
Итак, кислород позволяет нам быть энергоемкими существами, но необходимо ли это? Это серьезный вопрос: могло ли изобилие жизни и появление интеллекта быть возможными без кислорода? Возможно, появление животных после второго кислородного бума было случайным совпадением: не исключено, что сложная биосфера могла возникнуть и без этого. Хотя это довольно трудно представить. Начнем с того, что, если вы питаетесь камнями, вам приходится постоянно их искать, что очень неудобно и ограничивает диапазон мест и сред обитания, в которых вы можете жить. Кислород, напротив, присутствует в воздухе почти повсюду. Его можно просто вдохнуть, где бы вы ни находились. Могут сгодиться и другие газы, например сероводород, но они дают гораздо меньше энергии, чем кислород. Это означает, что либо вы не сможете работать столько же, либо, если вы настаиваете на использовании 25-ваттного
