Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
«У нас нет уверенности, что обломок, который вы держите в руках, когда-то содержал живые организмы, потому что для выяснения этого его надо растереть в порошок, — рассказывает мне Беннетт. — Но эта порода из того же отложения, где были обнаружены следы древнейших живых организмов, так что, возможно, в ней была жизнь». Но сколько ни старайтесь, вы не найдете в ней окаменелых микробов. Увы, любые простейшие организмы спеклись бы в однородную массу в ходе процессов, превративших океанскую грязь в камень. Вместо них, если раскрошить породу и исследовать ее на микроскопическом уровне, мы увидели бы химические остатки этих организмов — изотопы углерода и один из видов фосфата, называемый апатитом, которые вместе служат убедительным свидетельством, что в породе когда-то находились колонии живых существ. «Мы можем только догадываться, как могли выглядеть эти организмы, — говорит Беннетт. — Вероятно, они были самыми простейшими, какие только может породить жизнь — но все же это была жизнь. Они жили. Они размножались».
И в конечном счете они привели к нам.
Если вы увлекаетесь очень древними породами, что, несомненно, относится к госпоже Беннетт, Австралийский национальный университет уже давно является самым подходящим для вас местом. В значительной мере благодаря человеку по имени Билл Компстон, который сейчас на пенсии, но в 1970-х годах создал первый в мире «Чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения», или SHRIMP, как его ласково именуют по начальным буквам английского названия [278] . Этот прибор измеряет интенсивность распада урана в крошечных частицах минерала, называемого цирконом. Циркон встречается в большинстве пород, кроме базальта, и он чрезвычайно устойчив и долговечен, сохраняясь во всех природных процессах, кроме субдукции. Большая часть земной коры в какой-то момент соскальзывала обратно в раскаленные недра, но кое-где, например в Западной Австралии и Гренландии, геологи нашли обнажения пород, которые всегда оставались на поверхности. Прибор Компстона позволил определить возраст этих пород с небывалой точностью. Опытный образец прибора SHRIMP был изготовлен в мастерских факультета наук о Земле и выглядел так, будто собран в гараже из разрозненных запчастей, но работал он великолепно. При первом официальном испытании в 1982 году он определил возраст древнейшего из когда-либо найденных образцов — куска породы из Западной Австралии — 4,3 млрд лет.
278
SHRIMP (англ. shrimp — креветка) — Sensitive High-mass Resolution Ion Microprobe.
«В то время это произвело сенсацию, — рассказывает Беннетт. — Открыть нечто важное, так быстро и с помощью новейшей научной аппаратуры».
Она привела меня к нынешней модели, SHRIMP II [279] . Это было большое массивное устройство из нержавеющей стали, метра три с половиной длиной и метра полтора в высоту, прочно слаженный, как глубоководный аппарат. У пульта перед ним, следя за непрерывно меняющимися цепочками цифр, стоял Боб, исследователь из новозеландского Кентерберийского университета. Он сказал, что находится здесь с четырех утра. Шел десятый час, в распоряжении Боба аппарат был до двенадцати. SHRIMP II работает 24 часа в сутки; так много пород ожидают определения возраста. Спросите наугад пару геохимиков, как действуют подобные устройства, и они начнут взахлеб, хотя и не слишком доходчиво, распространяться о распространенности изотопов и уровнях ионизации. В итоге, однако, можно понять, что аппарат, бомбардируя образец породы потоком ионов, способен уловить едва заметные различия в количестве свинца и урана в цирконовых вкраплениях и тем самым дает возможность точно определить возраст породы. Боб объяснил, что для обмера одного циркона требуется примерно семнадцать минут, а для получения надежных результатов надо обработать десятки цирконов из одного куска породы. На практике это дело можно сравнить с походом в прачечную самообслуживания как по объему хлопот, так и по количеству усилий, чтобы заставить себя это сделать. Однако Боб, казалось, был страшно доволен; новозеландцы, впрочем, в большинстве своем такие.
279
Изотопные анализаторы такого класса остаются уникальными устройствами. В 2006 г. в мире было всего 11 установок SHRIMP II. Три из них — в Австралийском национальном университете. Из остальных восьми одна установлена в Санкт-Петербурге — в Центре изотопных исследований Всероссийского научно-исследовательствого института им. А. П. Карпинского.
Университетский корпус наук о Земле странным образом сочетает в себе разные службы — частью офис, частью лаборатория, частью механическая мастерская. «Мы здесь все делали сами, — говорит Беннетт. — У нас даже был свой стеклодув, но теперь он на пенсии. А вот двое камнедробилыциков у нас все еще работают. — Поймав мой удивленный взгляд, она добавила: — Мы обрабатываем уйму породы. И образцы требуется очень тщательно подготовить. Приходится принимать меры против загрязнения от предыдущих образцов — никакой пыли и мусора. Довольно скрупулезный процесс». Она показала мне камнедробильные станки, которые действительно отличались чистотой, хотя сами камнедробильщики, кажется, ушли пить кофе. Рядом со станками стояли большие ящики с камнями всех форм и размеров. В Австралийском национальном университете и вправду имеют дело с большим количеством горных пород.
Вернувшись в кабинет Беннетт после экскурсии, я заметил висевший на стене плакат с нарисованным художником и не лишенным фантазии красочным изображением Земли, как она могла выглядеть 3,5 млрд лет назад, как раз когда предстояло зарождение жизни, в древнюю эру, известную в геологии как архей. На плакате чуждый ландшафт с огромными, весьма активно действующими вулканами и испаряющимся, отливающим медью морем под режущим глаз красным небом.
Мелководья на переднем плане заполнены строматолитами, каменными продуктами жизнедеятельности бактерий. Все это не очень похоже на место, подходящее для сотворения и взращивания жизни. Я спросил Беннетт, корректно ли изображение.
«Как сказать, одна школа придерживается мнения, что в действительности тогда было прохладно, поскольку солнце грело намного слабее». (Позднее я узнал, что биологи, когда у них игривое настроение, называют это явление «проблемой китайского ресторана» — имея в виду полумрак из-за более тусклого Солнца в те времена [280] ). «Без атмосферы ультрафиолетовые лучи даже более слабого Солнца вели бы к разрушению любых появляющихся связей между молекулами. И тем не менее как раз здесь, — она постучала пальцем по строматолитам, — живые организмы обитают почти на поверхности. Загадка». — «Значит, мы не знаем, каким тогда был мир?» — «М-м-м», — задумчиво согласилась она. «В любом случае он не выглядит особенно подходящим для жизни». Она мирно кивнула: «Но все-таки там должно было быть что-то подходящее для жизни. Иначе мы не стояли бы здесь».
280
Изменение светимости Солнца на 25 % не приведет к заметному для глаза изменению освещенности на Земле, хотя на климате это, безусловно, может сказаться.
Нам он наверняка бы не подошел. Если бы вы вышли из машины времени в этот древний архейский мир, то очень быстро юркнули бы обратно, потому что необходимого для дыхания кислорода на Земле тогда было не больше, чем теперь на Марсе. На ней также было полно ядовитых паров соляной и серной кислот, достаточно насыщенных, чтобы проникнуть сквозь одежду и покрыть волдырями кожу. Не открывались бы и яркие отчетливые перспективы, изображенные на плакате в кабинете Виктории Беннетт. Химическое варево, которым была в то время атмосфера, пропускало на Землю очень мало солнечного света. То малое, что мы могли бы увидеть, только на короткое время освещалось бы частыми ослепительными вспышками молний. Словом, это была Земля, но такая, какую мы не признали бы своей.
В архейском мире важные события случались редко. На протяжении двух миллиардов лет единственной формой жизни были микроорганизмы. Они жили, размножались, кишели, но не проявляли особой склонности переходить на другой, более перспективный уровень существования. В какой-то момент в первый миллиард лет существования жизни цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, научились извлекать широкодоступный источник питания — водород, содержащийся в поразительном изобилии в воде. Они поглощали молекулы воды, под действием солнечной энергии извлекали из нее водород, а кислород шел в отходы; тем самым был изобретен фотосинтез. Как отмечают Маргулис и Саган, фотосинтез, «несомненно, является важнейшим нововведением в области обмена веществ за всю историю жизни на планете» — и его придумали не растения, а микроорганизмы.
По мере быстрого размножения цианобактерии мир стал наполняться О2, к ужасу организмов, которые находили его ядовитым, — в те времена такими были все. В анаэробном (не потребляющем кислород) мире кислород чрезвычайно ядовит. Наши белые кровяные тельца для уничтожения вторгающихся микробов фактически используют кислород. Что кислород по сути своей токсичен, часто вызывает удивление у тех из нас, кто считает его таким благотворным для нашего здоровья, но это только потому, что мы эволюционировали таким образом, чтобы использовать его. Для других он страшен. Именно от него горкнет масло и ржавеет железо. Даже мы переносим его лишь до определенной точки. Его содержание в клетках нашего организма составляет лишь десятую часть от содержания в атмосфере [281] .
281
Это не совсем так. Если речь идет о свободном кислороде в форме 02, растворенном в клеточной протоплазме, то его концентрация в живых клетках на 4 порядка (в 10 тыс. раз) ниже, чем в атмосфере. На кислород же в связанной форме приходится 65 % массы человеческого тела.
У новых, потреблявших кислород организмов было два преимущества. Кислород был более эффективным источником энергии и к тому же поражал соперничавшие организмы. Часть из них отступила в илистый анаэробный мир на дне болот и озер. Другие поступили сходным образом, но позднее (намного позднее), переселившись в пищеварительные тракты существ, подобных нам с вами. Довольно много таких первозданных организмов живут в вашем теле прямо сейчас, помогая вам переваривать пищу, и они терпеть не могут даже намека на О2. Бессчетное количество других не смогло адаптироваться и погибло.