Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей

Шубин Нил

Но в мире есть часы, которые не связаны ни с какими условностями и не зависят от политической или экономической ситуации. Таким счетчиком является наша ДНК. На протяжении длительных отрезков времени изменения в последовательности ДНК происходят практически с регулярной частотой. Это означает, что сравнительный анализ ДНК двух видов организмов позволяет узнать время их расхождения: чем сильнее различаются последовательности ДНК, тем дольше они существуют как независимые виды. На примере циркона мы увидели, что атомы в составе горных пород тоже могут рассказать о времени. Зная соотношение разных вариантов урана, аргона или свинца, можно сказать, как давно образовались минералы в составе горной породы.

Интересно, что часы в камнях и в живом организме

связаны. И те, и другие являются частью одного планетарного и солнечного «метронома». Сравнение ДНК людей, животных и бактерий показывает, что все эти виды произошли от общего предка, жившего более трех миллиардов лет назад. Примерно к этому же времени относятся самые ранние из найденных окаменелостей. Такое совпадение временных показателей, полученное при анализе ДНК и камней, тем удивительнее, что все это время камни нагревались и перемещались, а ДНК мутировала, эволюционировала и перераспределялась между видами. Согласованный ход этих двух видов часов говорит о справедливости наших гипотез. Более того, различия в показаниях «часов» могут стать источником новых предсказаний. Поговорим, к примеру, о китах. Это одни из самых необычных обитателей планеты: гигантский размер, дыхательное отверстие в середине головы, уши-гидролокаторы, странные конечности, позвоночник и хвост. Однако ученым давно известно, что ближайшими родственниками китов являются млекопитающие: у китов имеются остатки волосяного покрова, у них есть молочные железы и многие другие признаки млекопитающих. Какие именно млекопитающие — самые близкие родственники китов? Когда киты покинули сушу? Анализ ДНК показывает, что киты, скорее всего, произошли от парнокопытных животных, таких как гиппопотамы и олени. Различия в последовательностях ДНК говорят, что отделение ветви китов произошло около пятидесяти пяти миллионов лет назад. Это знание стало источником новых вопросов для палеонтологов. Мало того, что на тот момент не было найдено никаких окаменелостей, подтверждающих этот переход: не было вообще никаких ископаемых животных столь древнего возраста, напоминающих китов. Этот пробел стал импульсом для новых поисков. В результате палеонтологи обнаружили в горных породах, возраст которых превышает пятьдесят миллионов лет, скелеты китов с таким же строением костей задних конечностей, как у гиппопотамов и их родственников. Напомню, что эти открытия были сделаны в результате сравнения показаний часов, заключенных в ДНК и горных породах.

В телах живых существ и в камнях есть не только часы, но и календарь. Взгляните на срез коралла — и вы увидите, что в его стенках чередуются светлые и темные полосы. По мере роста коралла на его скелете нарастают новые слои минерального вещества (это похоже на штукатурку на стене). Формирование минерала зависит от количества солнечного света, так что различие слоев отражает длительность светового дня. Образование минерального слоя быстрее происходит летом, когда дни длиннее, и медленнее — зимой, когда дни короче. Поэтому полосы, образовавшиеся в летние месяцы, толще. Подсчитайте число слоев внутри любого годового цикла. Знаете, что получится? 365. Скелет коралла может служить календарем, в котором отмечен каждый день года.

Таким образом, кораллы не только являются великолепным украшением подводного мира. Они дают нам возможность заглянуть в прошлое. Отколите кусочки от камней вдоль дороги в Айове, в Техасе или в Канаде — и вы увидите кораллы, которые сотни миллионов лет назад процветали в морях. На древних коралловых рифах стоит Чикаго. Рифы рассказывают о том, как изменилось само время. Посмотрите на кораллы, возраст которых составляет четыреста миллионов лет, и вы увидите в их стенках четыреста слоев. Это означает, что год тогда состоял не из 365, а из 400 дней. Как это произошло? Длительность года определяется вращением Земли вокруг Солнца, и четыреста миллионов лет назад дни, видимо, были короче нынешних. Подсчеты показывают, что сутки тогда составляли примерно 22 часа.

Как замедляющийся волчок, Земля с каждым годом вращается все медленнее. От этого и увеличивается день. При вращении планеты вода в океанах смещается и тормозит планету. Вот почему сегодняшний день на две миллисекунды длиннее вчерашнего.

Это у нас в голове

Торопясь поставить палатку, я проигнорировал кочку. Из-за нее мой спальный мешок съезжал в угол всякий раз, когда я начинал засыпать. Проворочавшись несколько часов, я решил было найти плоское место, но из-за усталости просто положил под себя одежду, книги и кое-какое снаряжение. Хорошо, что в тот день, обустраивая лагерь, мы порядком измучились. Я задремал.

Меня разбудило яркое солнце. Я вскочил и быстро оделся, чтобы никого не задерживать. Это был наш первый день в Гренландии, мы должны были отправиться на поиски окаменелостей, и я чувствовал себя на удивление бодрым.

Я отправился на кухню, чтобы приготовить кофе. Наше снаряжение было упаковано так плотно, что поиски контейнеров с едой оказались нелегким делом. Я потратил минут десять, чтобы по списку определить содержание багажа, и, наконец, смог выпить кофе.

Жизнь казалась прекрасной. Было ясное, яркое летнее арктическое утро. В сухом воздухе все видится необычайно четко: предметы, находящиеся на расстоянии нескольких километров, различаются отчетливо, будто до них рукой подать.

Грея ладони о кружку с кофе, я мысленно прогуливался по холмам, которые намеревался обследовать в тот день.

Выпив несколько кружек кофе и насладившись тишиной, я начал понимать: что-то не так. Было слишком тихо. С каждой минутой я ощущал себя все более одиноким.

Я взглянул на часы и все понял: было два часа ночи. А я сидел одетый и готовый к новому дню. Я почувствовал себя совершеннейшим идиотом. Еще и кофе напился! Пытаться заснуть было бесполезно, так что я раскрыл книгу, припасенную для снежных дней, и несколько часов пытался читать, пока не проснулись коллеги.

Конечно же, причиной недоразумения стал свет. Стенки моей палатки не были непроницаемыми, и в ней было светло в любое время суток. Мой мозг, привыкший к южным широтам, усвоил, что свет означает день, а тьма — ночь. Поскольку это правило не имело никакого смысла в Арктике, где летом круглые сутки светло, настройки моего мозга оказались неуместными. Мои опытные коллеги приготовили повязки на глаза, тогда как я «благоразумно» запасся фонарем.

Первые дни мне было не по себе, как будто организм привыкал к жизни на другой планете. Здесь вообще не было ночи, так что узнать время суток можно было, лишь взглянув на часы. Но чем больше времени мы здесь жили, тем лучше мой мозг подстраивался к местным условиям. Солнце очерчивает на небе широкий эллипс, и предметы в течение дня отбрасывают разные тени. Почти автоматически мозг начинает подчиняться солнечным часам. В Арктике, правда, нет деревьев, но за гномон, отбрасывающий тень, сойдет любой валун или верхушка палатки.

Все мы путешествовали и знаем, что наш сон и пробуждение зависят от Солнца. Буквально каждая часть нашего тела — все органы, ткани и клетки — подчиняется суточному ритму. Почки ночью замедляют свою работу. Это очень приятно, поскольку позволяет реже покидать постель (и особенно важно, если вы очутились в Арктике и спите в спальном мешке). Температура тела в течение суток меняется, и ниже всего она в три часа ночи. Печень тоже функционирует по часам (медленнее всего утром), так что за завтраком напиться вдрызг проще всего.

Организм реагирует не только на изменение времени суток, но и на изменение времени года. Смена сезонов сопровождается изменением длительности светового дня, температуры и количества осадков. В случае животных эти факторы влияют на характер их питания и на размножение. Мы, люди, не слишком отличаемся от животных. Даже наше настроение зависит от времени года. Согласно некоторым оценкам, во Флориде, на юге, сезонными аффективными расстройствами страдает 1,4 % населения, а в Нью-Гемпшире, на севере, этот показатель достигает 14 %.