Кислород. Молекула, изменившая мир - [10]

«Это величайший из всех пережитых Землей кризисов. Многие виды микробов мгновенно исчезли. Микробы не имели защиты от такого бедствия, кроме стандартного способов репарации и удвоения ДНК, переноса генов и мутаций. В результате множества смертей и усиления половой активности, характерной для бактерий в токсичной среде, произошла перестройка сверхорганизма, который мы называем микрокосмом. Стали появляться новые устойчивые бактерии, которые быстро заняли место чувствительных к кислороду бактерий на поверхности Земли, а выжившие переселились в анаэробные слои ила и почвы. Этот „холокост“, сравнимый с ядерной катастрофой, которая пугает нас сегодня, перерос в самую невероятную и важную революцию в истории жизни».

В соответствии с данной точкой зрения успешность нового мира объясняется не только способностью микроорганизмов противостоять токсичности кислорода, но и удивительной модификацией, в результате которой клетки стали зависеть от того самого вещества, служившего для них смертельным ядом. Обитатели этого славного нового мира стали получать энергию с помощью кислорода.

Далее, как утверждает старая теория, из-за нашей зависимости от кислорода мы забываем, что этот газ токсичен и напрямую связан со старением и смертью, не говоря уже о том, что представляет серьезную пожарную опасность. По ходу эволюции реакционная способность кислорода влияла на его накопление в атмосфере. Нам говорят, что ко времени расцвета многоклеточных форм жизни, примерно 550 млн лет назад, уровень кислорода в атмосфере достиг 21%; установилось природное равновесие. Если концентрация кислорода повышается слишком сильно, его токсичное действие начинает подавлять развитие растений. В результате снижается объем кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза. Нам говорят, что при содержании кислорода выше 25% даже в дождевых лесах могут возникать обширные пожары. Напротив, если уровень кислорода опускается ниже 15%, животные начинают задыхаться и не горят даже сухие веточки. Судя по анализу ископаемого древесного угля в осадочных породах, на протяжении 350 млн лет на Земле непрерывно бушевали свирепые пожары. Это означает, что уровень кислорода никогда не опускался ниже 15%. Таким образом, со времен возникновения современных растений и животных биосфера сама регулирует уровень кислорода в атмосфере.

Именно такой истории учили меня, и многие из этих идей до сих пор популярны, во всяком случае не подвергаются сомнению. И хотя доказательств их справедливости не так уж много, звучат он более ли менее убедительно. Суммируем сказанное: жизнь возникла в первичном бульоне в результате химической реакции между атмосферными газами — метаном, аммиаком и водородом. Первые клетки сбраживали этот бульон, пока их место не заняли цианобактерии, использовавшие солнечную энергию и осуществлявшие фотосинтез, в результате которого в атмосферу выделялся ядовитый кислород. Этот активный газ окислял горы и океаны и в конечном итоге стал накапливаться в атмосфере, вызывая массовую гибель организмов — «кислородный холокост». Из золы возник новый мировой порядок, зависевший от того самого газа, который уничтожил бóльшую часть клеток-предшественников. Обитатели этого нового мира получали энергию с помощью кислорода. Токсичность и реакционная способность кислорода заставляют биосферу поддерживать его содержание на уровне 21%.

Эта история настолько прочно закрепилась в моем сознании, что я был страшно возмущен, когда услышал по телевизору, что во время каменноугольного периода — примерно 300 млн лет назад — уровень кислорода поднимался до 35%. «Это невозможно! — подумал я. — Все бы сгорело! Растения не могли бы расти!» И я был не одинок в своем возмущении. Хотя эту идею выдвигали серьезные геохимики мирового уровня, поначалу ее осмеивало большинство биологов и геологов. И только когда я начал серьезно изучать этот вопрос, я убедился в правоте ревизионистов. Многие детали все еще остаются спорными, и многих элементов недостает, но одно могу сказать точно: за последние 20 лет мы вышли из царства «геопоэзии» и вошли в эпохи молекулярных доказательств, определяющих новые модели глобальных изменений. Я считаю новые доказательства достаточно убедительными, даже если современная версия событий сталкивается с проблемой кислородной токсичности и иногда противоречит интуиции.

Прежде чем проанализировать эти доказательства и их связь с нашей современной жизнью, мы должны переориентироваться в новой действительности. Почти все перечисленные выше тезисы были пересмотрены. Новая версия событий гласит, что жизнь вовсе не зародилась из первичного бульона, а возникла в горячих серных источниках, называемых черными курильщиками, расположенных в подводных срединных океанических хребтах[8]. Парадоксально, но последний общий предок всех форм жизни, ласково называемый LUCA (Last Universal Common Ancestor), по-видимому, использовал для дыхания следовые количества кислорода еще до того, как его потомки обучились фотосинтезу. Оказывается, первые клетки не зависели от брожения, а умели извлекать энергию из самых разных неорганических элементов и соединений, включая нитрат, нитрит, сульфат и сульфит, а также кислород. В таком случае LUCA умел защищаться от кислорода еще до того, как свободный кислород появился в воздухе. Скорее всего, потомки этой клетки, такие как цианобактерии, тоже имели защиту от побочного продукта собственной жизнедеятельности и поэтому не пострадали от «кислородного холокоста».